Programový projekt č.: TB010MZP066 únor 2015

Programový projekt č.: TB010MZP066

Datum: únor 2015

Úvod

5

1.

Obecný popis - rozdělení vodních elektráren ...................... 6

1.1

Podle instalovaného výkonu (shoda s ČSN 75 0120) ..................................... 6

1.2

Podle získaného spádu: .................................................................................. 7

1.3

Podle hospodaření s vodou: ........................................................................... 9

1.4

Podle umístění strojovny: ................................................................................ 9

1.5

Podle uspořádání strojovny: .......................................................................... 10

1.6

Podle velikosti spádu..................................................................................... 10

1.7

Podle řízení provozu: .................................................................................... 11

1.8

Podle provozovatele: ..................................................................................... 11

1.9

Podle způsobu práce v elektrizační soustavě: .............................................. 12

1.10

Podle použitých strojů: .................................................................................. 12

1.11

Podle typu použité turbíny: ............................................................................ 12

2

Souhrnné schéma fází realizace MVE ................................ 13

2.1

Předprojektová příprava ................................................................................ 13

2.1.1

Vhodnost lokality ........................................................................................... 13

2.1.2

Zhodnocení hydrologických a hydraulických vlastností lokality, investiční rozvaha .......................................................................................................... 13

2.1.3

Zajištění migrační průchodnosti příčné překážky.......................................... 13

2.2

Projektová fáze .............................................................................................. 14

územní řízení, vydání územního rozhodnutí a další povolení .............................................. 14 2.2.1

Stavební povolení .......................................................................................... 14

2.3

Realizace stavby ........................................................................................... 14

3

Některé aspekty návrhu jednotlivých prvků hydraulického obvodu MVE ...................................................................... 15

3.1

Identifikace potenciálních lokalit MVE ........................................................... 15

3.1.1

Studie mapových podkladů ........................................................................... 15

3.1.2

Analýza příčných překážek s nevyužitým potenciálem ................................. 15

3.1.3

Výběr lokalit na základě pochůzky v terénu .................................................. 15

3.2

Výběr lokalit MVE pro další posouzení ......................................................... 16

3.3

Hydrologické podklady .................................................................................. 16

3.4

Návrh situativního uspořádání MVE, návrh vzdouvacího objektu ................ 17

3.5

Stanovení návrhové hltnosti a určení minimálního zajištěného průtoku MVE ............................................................................................................... 17

3.5.1

Určení návrhové hltnosti MVE ....................................................................... 17 2 (75)

3.5.2

Součinitel využití instalovaného výkonu a součinitel využití výroby v MVE .. 18

3.6

Návrh hydraulického obvodu MVE ................................................................ 20

3.6.1

Základní objekty hydraulického obvodu MVE ............................................... 20

3.6.2

Tlakový přivaděč ........................................................................................... 23

3.6.3

Otevřený kanál o volné hladině ..................................................................... 24

3.6.4

Obecné poznámky ke smíšeným přivaděčům .............................................. 27

3.6.5

Budova MVE ................................................................................................. 28

3.7

Výpočet čistého spádu .................................................................................. 28

3.7.1

Ztráty třením .................................................................................................. 29

3.7.2

Místní ztráty ................................................................................................... 29

3.8

Výpočet průměrné roční výroby .................................................................... 30

4

Obecné zásady návrhu turbín ............................................ 31

4.1

Typy turbín .................................................................................................... 31

4.2

Vhodné turbíny pro potenciální využití lokalit identifikovaných v řešeném úkolu ....................................................................................................................... 38

4.3

Turbíny šetrné k vodním živočichům............................................................. 38

4.4

Účinnost turbín .............................................................................................. 38

5

Hydraulické přechodové jevy a dynamické účinky ............. 39

6

Stanovení minimálního zůstatkového průtoku v řece s ohledem na zachování ekologické rovnováhy toku ......... 42

6.1

Funkce minimálního zůstatkového průtoku ................................................... 42

6.1.1

Stanovení minimálního zůstatkového průtoku podle navrhované metodiky pro připravované nařízení vlády .......................................................................... 43

6.2

Dělení minimálního zůstatkového průtoku pod vodním dílem z hlediska zachování hlavních ekologických funkcí toku a zajištění životnosti a správného provozu a údržby vodního díla ...................................................................... 44

6.2.1

Zajištění životnosti a správného provozu a údržby vodního díla .................. 44

6.2.2

Zajištění ekologické stability habitatů lokalizovaných přímo pod příčnou překážkou ...................................................................................................... 45

6.2.3

Zajištění migrační průchodnosti pro vodní organismy .................................. 45

6.3

Navrhování rybích přechodů ......................................................................... 46

6.3.1

Minimální průtok pro zajištění funkce RP ...................................................... 47

6.3.2

Zajištění funkce zařízení umožňujících sjíždění jezů .................................... 48

6.3.3

Zajištění ekologické funkce toku v případě derivačního řešení MVE ........... 49

7

Zhodnocení ekonomické efektivnosti ................................ 49

7.1

Úvod. Náklady a užitky .................................................................................. 49

7.2

Náklady ......................................................................................................... 49 3 (75)

7.3

Užitky ............................................................................................................. 52

7.4

Příjmy z výroby energie a budoucí režim průtoků ......................................... 54

7.5

Ekonomická analýza – základní pojmy ......................................................... 54

7.6

Analýza citlivosti ............................................................................................ 57

8

Závěr ................................................................................. 58

9

Použitá literatura ............................................................... 59

10

Přílohy ............................................................................... 61

Příloha 1 – Příklad výpočtu průměrné roční výroby ............................. 62 Příloha 2 – příklad výstupů ze simulačního modelu ............................. 63 Příloha 3 - Příklad analýzy cash flow ve fázi studie proveditelnosti ..... 66 Příloha 4 - Příklad podrobného bussines planu s analýzou citlivosti .... 71

4 (75)

ÚVOD V rámci úkolu „Analýza efektivního využití MVE z hlediska přírodního potenciálu vodních toků jako energetického zdroje“požadoval objednatel – Technologická agentura České republiky i zpracování certifikované metodiky – Zásady navrhování MVE na malých, středních a velkých tocích s ohledem na zachování ekologické rovnováhy toku a minimálních zůstatkových průtoků, včetně ekonomické efektivnosti. Metodika je, v návaznosti na mapu znázorňující současný stav využití hydroenergetického potenciálu MVE a disponibilní potenciál toků, určena především začínajícím investorům a zájemcům o výstavbu MVE, kapitoly, pojednávající o ekologické rovnováze toků a minimálních zůstatkových průtocích pak pracovníkům vodoprávních úřadů a ochrany přírody. Metodika je zaměřena na prostředí České republiky, i když některé části mají univerzální platnost. V některých kapitolách bylo nutné použít zahraniční prameny s ohledem na chybějící, nebo systematicky nezpracované údaje a technicko-ekonomické parametry MVE v České republice. Týká se to zejména předběžného odhadu investičních nákladů MVE v úvodních fázích rozhodovacího procesu. Vypracování Certifikované metodiky – „Zásady navrhování MVE na malých, středních a velkých tocích s ohledem na zachování ekologické rovnováhy toku a minimálních zůstatkových průtoků, včetně zhodnocení ekonomické efektivnosti“ bylo rozděleno do těchto hlavních částí: 1. Obecný popis - rozdělení vodních elektráren 2. Postup při návrhu MVE 3. Některé aspekty návrhu jednotlivých prvků hydraulického obvodu MVE 4. Obecné zásady návrhu turbín 5. Hydraulické přechodové jevy a dynamické účinky 6. Vliv výstavby a provozu MVE na vodní a okolní prostředí s důrazem na vyhodnocení dopadů na změnu přirozených průtoků a migrační průchodnosti 7. Stanovení minimálního zůstatkového průtoku v řece pod místem odběru s ohledem na zachování ekologické rovnováhy toku 8. Zhodnocení ekonomické efektivnosti 9. Závěr 10. Použitá literatura 11. Přílohy Předkládaná metodika stručně popisuje postup přípravy malých vodních elektráren, zásady návrhu, popisuje metody odhadu nákladů v počátečních fázích přípravy a popisuje metody a postupy ekonomického hodnocení v jednotlivých fázích přípravy a zpracování projektu. Zvláštní pozornost je v metodice věnována zásadám navrhování MVE s ohledem na zachování ekologické rovnováhy toku a minimálních zůstatkových průtoků v podmínkách České republiky. Metodika je určena zejména začínajícím investorům, pracovníkům vodoprávních úřadů a orgánům ochrany přírody s cílem získat základní přehled a orientaci v problematice přípravy a navrhování malých vodních elektráren. V žádném případě nemůže tato metodika sloužit jako podrobný manuál pro návrh jednotlivých objektů MVE a jejich technologického vybavení. Jedná se o velmi širokou problematiku, jednotlivým aspektům se věnuje řada odborných publikací, knih a vysokoškolských skript, které nelze shrnout do jednoho manuálu.

5 (75)

1. OBECNÝ POPIS - ROZDĚLENÍ VODNÍCH ELEKTRÁREN Vodní elektrárny lze rozlišovat a dělit podle mnoha různých hledisek a některá z nich jsou zde uvedena.

1.1

PODLE INSTALOVANÉHO VÝKONU (SHODA S ČSN 75 0120) 

MVE s instalovaným výkonem do 10 MW



Střední vodní elektrárny s instalovaným výkonem od 10 MW do 200 MW



Velké vodní elektrárny s instalovaným výkonem nad 200 MW

MVE se dále dělí na: 

Domácí vodní elektrárny s instalovaným výkonem do 35 kW



Vodní mikroelektrárny s instalovaným výkonem od 35 kW do 100 kW



Vodní elektrárny s instalovaným výkonem od 100 kW do 1 000 kW



Průmyslové vodní elektrárny s instalovaným výkonem od 1 MW do 10 MW

Obr. 1.1. Dělení vodních elektráren podle instalovaného výkonu 6 (75)

Podle ČSN 75 2601 se MVE dělí podle celkového dosažitelného výkonu do čtyř kategorií (viz tab. 1.1).

Tabulka 1.1 V rámci úkolu je v souladu se zadáním provedeno vyhodnocení energetického potenciálu pouze na stávajících lokalitách se soustředěným spádem, kde je instalovaný výkon odpovídající definici malé vodní elektrárny (MVE) podle ČSN 75 2601, to znamená 100 až 10 000 kW. Ve většině lokalit se jedná o nízkospádové lokality s instalovaným výkonem řádově v desítkách až stovkách kW.

1.2

PODLE ZÍSKANÉHO SPÁDU:

Kritérium dělení MVE podle získaného spádu určuje, jakým způsobem bylo dosaženo soustředění vodní energie určitého úseku řeky, tj. koncentrace měrné energie (spádu) popř. průtoku nebo obou veličin. 

Jezové vodní elektrárny (obr. 1.3): Ke vzedmutí hladiny a soustředění spádu dochází prostřednictvím jezu. Jedná se o průtočné vodní elektrárny pracující do základu denního diagramu zatížení elektrizační soustavy. Nejčastěji se jedná o nízkotlaké vodní elektrárny.



Přehradové vodní elektrárny (obr. 1.2): Spád je tady vytvořen přehrazením řeky přehradou, která soustřeďuje kromě spádu také veškerý průtok. V přehradě dochází k akumulaci vody (vodní energie), která je nejčastěji využívána v době špiček.



Derivační vodní elektrárna: Využívá soustředění spádu pomocí derivace tj. derivačního kanálu (u menších vodních elektráren hovoříme o náhonu). Ten odvádí vodu z řečiště k vodní elektrárně, popřípadě soustavě vodních elektráren (obr. 1.5) prostřednictvím derivačního přivaděče (kanálu, štoly, potrubí). Voda se poté vrací zpět do koryta řeky odpadním kanálem. Derivace jsou tlakové (obr. 1.4) nebo beztlakové (obr. 1.5). Derivační díla zpravidla využívají přirozených průtoků, přičemž vodu není možno akumulovat, proto jsou do značné míry závislé na stavu vody v řece.



Přehradně derivační vodní elektrárny: V podstatě se jedná o kombinaci dvou předchozích způsobů získání spádu. Spád je vytvořen prostřednictvím tlakové derivace a vzedmutím hladiny v přehradní nádrži. Vodu je možno v přehradě akumulovat a odebírat podle potřeb elektrizační soustavy. Pracují obvykle jako špičkové regulační elektrárny.



Vodní elektrárna bez vzdouvací stavby: Tato elektrárna využívá přirozenou koncentraci měrné energie při dostatečných průtocích (např. velký místní podélný sklon - toku, kanálu či potrubí, výškový rozdíl mezi blízkými břehy meandru atd.). U těchto elektráren není nutnost existence vzdouvací stavby.

V návaznosti na vyhodnocení se ve většině případů jedná o nízkospádové lokality s možnou výstavbou jezových nebo derivačních vodních elektráren. 7 (75)

8 (75)

1.3 

PODLE HOSPODAŘENÍ S VODOU: Průtočné vodní elektrárny: Elektrárny takového typu jsou závislé na množství vody v řece (nemají akumulační nádrž) a využívají soustředěný spád. Pracují s přirozenými průtoky v rozsahu, na který jsou dimenzovány (tj. až do hltnosti turbíny). Přebytečné množství vody přepadá přes vzdouvací zařízení (nejčastěji jez). Tyto průtoky nelze nijak ovlivňovat. Průběžné elektrárny bývají obvykle nízkotlaké (např. jezové), mohou být i středotlaké (např. některé kanálové elektrárny) a ve výjimečných případech i vysokotlaké. Výkon elektráren pokrývá základní část denního diagramu zatížení elektrizační soustavy.



Akumulační vodní elektrárny: Takové elektrárny jsou umístěny těsně pod přehradou (přehradní), nebo jsou s přehradou spojeny delším tlakovým přivaděčem (přehradně-derivační). Pracují obvykle jako regulační špičkové vodní elektrárny, tj. pracují s řízeným odběrem vody z akumulační nádrže podle potřeb elektrizační soustavy. U MVE bývá toto řízení obvykle denní, maximálně týdenní. U velkých vodních elektráren se může mj. vyskytovat řízení roční (sezónní) anebo také víceleté řízení odtoku.



Přečerpávací vodní elektrárny: Jedná se o zvláštní skupinu akumulačních elektráren, které pracují se sekundárním zdrojem vodní energie (případně z části i s primární energií). Vodní energii si akumulují v době přebytku elektrické energie v síti. K naakumulování dojde přečerpáním z dolní nádrže do horní. Tato energie je opět využita v době špičky (tj. v době nedostatku elektrické energie v síti). Přečerpávací elektrárny můžou mít čistě umělou akumulaci nebo také akumulaci smíšenou (umělou a přirozenou). Jsou velice dobrým způsobem, jak se může regulovat elektrizační soustava. Jedná se především o elektrárny s velkým instalovaným výkonem, které pracují s denním nebo týdenním přečerpávacím režimem.

MVE se většinou navrhují jako průtočné nízkotlaké elektrárny bez akumulace. V rámci úkolu se jedná vesměs o průtočné vodní elektrárny.

1.4

PODLE UMÍSTĚNÍ STROJOVNY:



Nadzemní: Může být u všech typů VE.



Podzemní: Může se nacházet u přehradně-derivačních, přehradních nebo přečerpávacích elektráren.



Hrázová vodní elektrárna: Strojovna může být umístěna: a) pod přehradou pod vzdušnou patou hráze b) v tělese hráze (částečně či úplně)

9 (75)

c) v přelivových blocích 

Jezová vodní elektrárna: Strojovna může být umístěna: a) v těsné blízkosti jezu b) přímo v tělese jezu



Věžová vodní elektrárna: Strojovna je umístěna v objektu tvaru věže nebo šachty, která se nachází přímo v nádrži.



Břehová vodní elektrárna: Strojovna se nachází u jezu v jeho břehové části.



Členěná vodní elektrárna: Strojovna je rozdělena na více částí (nejčastěji na 2 – u každého břehu toku jedna).



Pilířová vodní elektrárna: Strojovna je umístěna v pilířích přelévané hráze nebo jezu.



Plovoucí vodní elektrárna: Soustrojí je umístěno na plovoucím zařízení.



Individuální vodní elektrárna: Strojovna se nachází v bývalém objektu mlýna, pily apod.

1.5

PODLE USPOŘÁDÁNÍ STROJOVNY:



Krytá vodní elektrárna: Prostor strojovny je zakrytý. Uvnitř je umístěn hlavní montážní jeřáb.



Nekrytá vodní elektrárna: Generátory popř. soustrojí jsou chráněny odnímatelnými kryty.



Polokrytá vodní elektrárna: Výška strojovny je minimální, nenachází se v ní montážní prostor a má venkovní montážní zařízení (hlavní montážní jeřáb).



Přelévaná vodní elektrárna: Strojovna je umístěná pod přelivy jezu nebo hráze.



Sdružená vodní elektrárna: Ve spodní stavbě této elektrárny jsou umístěny kromě hlavního soustrojí a zařízení VE také spodní výpusti.

1.6

PODLE VELIKOSTI SPÁDU

(viz tab. 1.2, obr. 1.6):

Měrná energie je energie kapaliny vztažená na 1 kg její hmotnosti. Nahrazuje v technické soustavě jednotek používanou veličinu „spád”, označovaný symbolem H. Jako převodní vztah platí: 3)

Y = g x H = 9,806 x H Velikost spádu je jedním z nejdůležitějších kritérií pro volbu typu elektrárny při její projekci. Ad a) Mezi nízkotlaké vodní elektrárny se nejčastěji řadí elektrárny jezové a kanálové. Voda je přiváděna k turbínám buď z jezové zdrže, nebo kanálem. K turbíně je přivedena betonovou spirálou, nebo kašnou.

10 (75)

Ad b) Voda je přiváděna z nádrže k elektrárně prostřednictvím tlakového přivaděče. Přivaděčem bývá ocelové potrubí. Voda je na turbíny přiváděna ocelovými spirálami. Přivaděč a spirála mohou být i betonové (u vyšších jezových děl a u některých přehradních děl). Ad c) Pokud je elektrárna umístěna v těsné blízkosti hráze, bývá přivaděč ocelový. Pokud je vzdálenost od přehrady větší, je voda přiváděna prostřednictvím derivace. Přívod vody na turbíny bývá prostřednictvím ocelové spirály. Na Peltonovu turbínu je voda přiváděna tryskami.

V rámci úkolu se jedná vesměs o nízkotlaké MVE.

1.7

PODLE ŘÍZENÍ PROVOZU:



Elektrárna s ručním ovládáním: Provoz je řízen obsluhou. Automaticky pracuje pouze regulátor turbíny, mazání a některá zabezpečovací zařízení.



Zčásti automatizované vodní elektrárny: Provoz této elektrárny je řízen částečně automatikou a částečně obsluhou. Na rozdíl od předchozího případu je zde dále automatizováno fázování, přizpůsobení výkonu agregátu podle zatížení, zastavení stroje při nadměrném zvýšení otáček, teploty ložisek nebo vinutí generátoru. Obsluha vykonává dozor a některé úkony provádí ručně.



Automatizovaná vodní elektrárna: Provoz je řízen výhradně automatikou. U MVE je strojovna prakticky bez obsluhy. U velkých VE je vykonáván pouze dozor, který v případě poruchy zasáhne.

1.8

PODLE PROVOZOVATELE:



Vodní elektrárny elektrizační soustavy: Jedná se především o elektrárny, které slouží k pokrývání potřeb elektrizační soustavy (tj. k pokrývání špiček – špičkové VE).



Závodní elektrárny: Taková elektrárna je zapojena do místní elektrizační soustavy, slouží pro pokrytí potřeb provozovatele (organizace mimo odvětví energetiky).



Soukromé vodní elektrárny: Provozovatelem je soukromá osoba. Elektrárna může být zapojena do vyčleněné sítě, nebo do elektrizační soustavy.

11 (75)

1.9

PODLE ZPŮSOBU PRÁCE V ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVĚ:



Základní: Elektrárny pokrývají základní část denního diagramu zatížení. Zpravidla se jedná o průtočné vodní elektrárny.



Špičkové: Vyrábí elektřinu především v době špiček denního diagramu zatížení elektrizační soustavy. Jedná se zejména o elektrárny akumulační a přečerpávací.

V rámci úkolu se jedná vesměs o průtočné MVE.

1.10 PODLE POUŽITÝCH STROJŮ: 

- Synchronní generátor



- Asynchronní generátor



- Přímé mechanické využití (pila, mlýn)

1.11 PODLE TYPU POUŽITÉ TURBÍNY: a)

Přímoproudá kolenová turbína pro malé spády a menší průtoky

b)

Přímoproudá turbína s obtékaným generátorem pro malé spády a velké průtoky

c)

Kašnová s vertikální nebo horizontální turbínou (Kaplanova, Francisova) pro malé a střední spády a střední průtoky

d)

S horizontální zjednodušenou Francisovou turbínou (Reifenstein) pro malé a střední spády i průtoky

e)

S horizontální nebo vertikální Francisovou turbínou pro střední a velké spády a průtoky

f)

S horizontální Bánkiho turbínou pro malé a střední spády a průtoky

g)

S horizontální Peltonovou turbínou pro střední a velké spády a malé průtoky

h)

Zvláštní jsou kotlové a monoblokové turbíny používané pro malé spády a průtoky, jsou vyráběny pouze v zahraničí

i)

Přenosné malé zdroje využívající kinetické energie toku (příp. i na pontonech)

j)

Vírová turbína – pro malé spády (1 až 3 m) a velké průtoky

k)

Šneková turbína na principu tzv. Archimedova šroubu v reverzním chodu

Vzhledem k výsledkům analýzy současného stavu využití hydroenergetického potenciálu a nevyužitého hydroenergetického potenciálu, které jsou přílohou této metodiky, Lze návrh nových MVE očekávat převážně v lokalitách s malým spádem, pro které jsou vhodné přímoproudé kolenové turbíny, přímoproudé Kaplanovy turbíny, Kaplanovy turbíny, Francisovy turbíny, turbíny Ossberger (Bánki), reverzní čerpadla, šnekové turbíny a vírové turbíny.

12 (75)

2 SOUHRNNÉ SCHÉMA FÁZÍ REALIZACE MVE V následující kapitole je stručně uvedeno jak postupovat při přípravě a realizaci projektu MVE. Je – li to vhodné, odkazují jednotlivé body na kapitoly metodiky, které se dané problematice podrobněji věnují.

PŘEDPROJEKTOVÁ PŘÍPRAVA

2.1

V této fázi je potřeba jednak posoudit vhodnost lokality. Na základě hydrologických a hydraulických podmínek provést výpočet předpokládané výroby a investiční rozvahu. 2.1.1 -

-

VHODNOST LOKALITY Většina lokalit vhodných k instalaci MVE je v ČR zmapována správci povodí. Komu a za jakých podmínek je správce povodí sdělí je věcí obchodních dohod v konkrétních případech. Mimo to je k prvotnímu výběru lokality možné použít výstupy z přílohy č. 1 tohoto projektu a mapy efektivního využití MVE. Podrobněji o výběru lokalit v kapitole 3.1 metodiky.

2.1.2

ZHODNOCENÍ HYDROLOGICKÝCH A HYDRAULICKÝCH VLASTNOSTÍ LOKALITY, INVESTIČNÍ ROZVAHA

-

Zajištění hydrologických dat, objednáním řady m – denních průtoků u ČHMU Zajištění projektové dokumentace případně manipulačního řádu k příčné překážce k určení návrhového spádu – Zjednodušeně jde o rozdíl mezi hladinou na vtoku do turbíny a hladinou u odpadu z turbíny. Podrobněji se čistým spádem zabývá kapitola 3.7 metodiky. Zjištění minimálního zůstatkového průtoku – MZP stanoví vodoprávní úřad v pozdější fázi projektu, nicméně už pro posouzení návrhové hltnosti je potřeba alespoň orientačně MZP stanovit. Podrobněji se problematikou MZP zabývá kapitola 6.1 metodiky Stanovení návrhové hltnosti – podrobněji v kapitole 3.5 metodiky Výpočet průměrné roční výroby energie – podrobněji v příloze č. 1 metodiky Odhad investičních nákladů – orientačně lze vycházet z vyhlášky 475/2005 Sb. ve znění pozdějších předpisů, vyhláška je pravidelně aktualizována. Aktuálně platný předpis 347/2012 Sb. udává měrné investiční náklady < 150 000 Kč/ kWe instalovaného výkonu. Přesnější odhad bude proveden ve fázi technicko – ekonomické studie. Zhodnocení ekonomické efektivnosti – podrobně v kapitole 7 metodiky. K odhadu výkupních cen je vždy nutné vycházet z aktuálně platného cenového rozhodnutí ERÚ

-

-

-

2.1.3 -

-

ZAJIŠTĚNÍ MIGRAČNÍ PRŮCHODNOSTI PŘÍČNÉ PŘEKÁŽKY Vedle investičních nákladů na stavební a technologickou část MVE je nutné uvažovat také s realizací rybího přechodu. Pokud již na příčné překážce není funkční rybí přechod, vodoprávní úřad uloží zbudování rybího přechodu investorovi MVE. Financování výstavby rybích přechodů je možné například z OPŽP, kde míra podpory je určena kritérii, jako je například umístění lokality v prioritním úseku. Prioritu úseků řeší Koncepce zprůchodnění říční sítě ČR

13 (75)

PROJEKTOVÁ FÁZE

2.2

V této části realizace projektu musí investor zajistit všechna potřebná povolení a rozpracovat projekt do větší podrobnosti. ÚZEMNÍ ŘÍZENÍ, VYDÁNÍ ÚZEMNÍHO ROZHODNUTÍ A DALŠÍ POVOLENÍ -

-

-

-

2.2.1 -

2.3

Ještě před zahájením územního řízení je vhodné informovat se u správce povodí na možnost vydání povolení k nakládání s vodami a možnost získání souhlasu k využití vzdouvacího zařízení. Cílem ÚR je posoudit zda lokalitu je možné využít k provozu MVE z hlediska zájmů s vyšší prioritou, zjistit zda lokalita je takzvaně volná. Již v této fázi je vhodné kontaktovat stavební úřad a ověřit že lokalita není pro provoz MVE vyloučena například z důvodu ochrany přírody, nebo jiných vyšších zájmů. Pokud výše uvedená 2 body nepředstavují zásadní překážku, je potřeba se zaevidovat jako zájemce o stavbu MVE u příslušného odboru životního prostředí. Získat technicko – ekonomickou studii energetického využití lokality. Studie slouží k návrhu vhodného technologického zařízení, přesných nákladů, roční výroby energie a celkové návratnosti investice. Zpracuje projektant, energetický auditor, poradenské středisko EKIS. Získat povolení k nakládání s vodami a souhlas s výstavbou MVE u vodoprávního úřadu. k řešenému pozemku je v této fázi potřeba mít vypořádané majetkové vztahy, pozemek pro provoz MVE je potřeba vlastnit anebo mít v dlouhodobém pronájmu. S provozovatelem energetické distribuční soustavy dohodnout technické podmínky připojení MVE do sítě. Získat licenci pro podnikání v energetických odvětvích podle energetického zákona 458/2000 Sb. Podat žádost o vydání územního rozhodnutí K tomuto je nutné mít zpracovanou projektovou dokumentaci pro územní řízení. Náležitosti územního řízení upravuje stavební zákon v § 79 až 92 stavebního zákona 183/2006 Sb. doklady, které je nutné připojit k žádosti o územní rozhodnutí, předepisuje vyhláška 499/2006 Sb. O dokumentaci staveb. STAVEBNÍ POVOLENÍ Zpracovat projektovou dokumentaci pro stavební povolení. Získat stavební povolení

REALIZACE STAVBY

Po získání všech nezbytných povolení a licence je možné přistoupit k realizaci stavby. -

Získat projektovou dokumentaci pro realizaci stavby Vybrat dodavatele technologických zařízení a stavebních částí Zahájit realizaci stavby

14 (75)

3 NĚKTERÉ ASPEKTY NÁVRHU HYDRAULICKÉHO OBVODU MVE 3.1 3.1.1

JEDNOTLIVÝCH

PRVKŮ

IDENTIFIKACE POTENCIÁLNÍCH LOKALIT MVE STUDIE MAPOVÝCH PODKLADŮ

Potenciální lokality MVE je možné identifikovat v topografických mapách v měřítku 1 : 10 000 s vyhledáním míst s větším spádem, profilů starých jezů a náhonů, apod., případně ve vodohospodářských mapách 1 : 50 000. Při studiu map je třeba se zaměřit na následující parametry: Při identifikaci potenciálních lokalit MVE je třeba vyhodnotit podélný sklon dna řeky a plochy povodí k uvažovaným profilům. Pro návrh MVE jsou výhodnější lokality s velkým spádem, úseky, kde je možné navrhnout krátký přivaděč a úseky toku s většími průtoky. Podélný profil toku s výškovými kótami a plochy povodí se odvodí z map. U vybraných toků má správce povodí zpracované podrobné podélné profily s říčním staničením. Pokud jsou výsledky hodnocení zpracovány v grafické formě, jak je znázorněno na obr. 3.1, je identifikace potenciálních lokalit MVE mnohem snadnější. 3.1.2

ANALÝZA PŘÍČNÝCH PŘEKÁŽEK S NEVYUŽITÝM POTENCIÁLEM

V rámci projektu byly zpracovány dvě dílčí analýzy. Jde analýzu současný stav využití hydroenergetického potenciálu MVE včetně zhodnocení míry využití disponibilního hydroenergetického potenciálu v jednotlivých lokalitách při zachování ekologické rovnováhy v toku a minimálních zůstatkových průtoků (zkráceně analýza současného stavu) a dále analýzy přehled dosud nevyužitého, nebo jen částečně využitého hydroenergetického potenciálu v lokalitách s již existujícím soustředěným spádem při zachování ekologické rovnováhy toku a minimálních zůstatkových průtoků (zkráceně analýza nevyužitého potenciálu) Oba výstupy jsou přílohou této metodiky a lze je mimo jiné využít jako doplňkový podklad k identifikaci potenciálních lokalit MVE. 3.1.3

VÝBĚR LOKALIT NA ZÁKLADĚ POCHŮZKY V TERÉNU

V některých případech nelze provést předběžný výběr z mapových podkladů. Jde zejména o lokality s malým využitelným spádem, dále o místa se skokovou změnou výšky dna (vodopády), místa, kde s nevyužívanými objekty (zrušené MVE ve starých továrních objektech, mlýnech, staré náhony, částečně pobořené jezy, lokality u vzdušní paty rybničních hrází, apod.). Zde je nutná prohlídka na místě s orientačním zaměřením, nebo získat informace od správců objektu.

15 (75)

Obr. 3.1 Podélný profil vodním tokem a změny v ploše povodí jako podklad pro identifikaci profilů vhodných pro výstavbu MVE

3.2

VÝBĚR LOKALIT MVE PRO DALŠÍ POSOUZENÍ

Následně je proveden výběr potenciálních profilů, získaných z vyhledávacího průzkumu v předchozím bodu, vhodných pro hydroenergetické využití.

3.3

HYDROLOGICKÉ PODKLADY

V České republice je možné si vyžádat hydrologické údaje od Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ). Pro návrh MVE jsou důležité následující hydrologické údaje v profilu odběru vody na MVE: 1. Dlouhodobý průměrný roční průtok 2. Čára překročení denních průtoků 3. Dlouhodobé průměrné měsíční průtoky 4. Řada průměrných denních průtoků v průměrném roce, odvozeném z dlouhodobé řady pozorování (alespoň 20 let) s pravděpodobností p=50%, případně i řady průměrných denních průtoků v suchém (p=85%) a mokrém roce (p=15%), případně dlouhodobá řada průměrných denních průtoků z pozorování v nejbližší limnigrafické stanici s přepočtem na profil odběru vody na MVE pomocí hydrologické analogie.

16 (75)

5. Údaje o velkých vodách. Pro návrh objektů jsou důležité z hlediska situativního a výškového uspořádání MVE. MVE je obvykle navržena tak, aby nedošlo k zaplavení strojovny při kulminaci 50-leté (Q50) až 100-leté (Q100) povodně (závisí na velikosti a důležitosti MVE a ekonomické rozvaze). Pro zpracování úkolu byla získána tato hydrologická data od Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ): m-denní průtoky, a dlouhodobý průměrný roční průtok Qa pro jednotlivé uzávěrové profily povodí IV řádu a dále průměrné měsíční průtoky z bilančních povodí vodoměrných stanic. Při detailnějším posouzení vybraných perspektivních lokalit bude nutné zažádat o místně specifikované hydrologické údaje ČHMÚ. Tato instituce navíc od roku 2013 postupně poskytuje m-denní průtoky za nové referenční období 1981-2010 (aktuální plány oblasti povodí postihují referenční období 1931-1980) a s novými metodickými přístupy. Ve fázi základní rozvahy o ekonomické proveditelnosti MVE se pro výpočet průměrné roční výroby obvykle používá čára překročení průtoků (2), případně dlouhodobé průměrné měsíční průtoky (3) přepočtené na profil odběru. Tato data lze objednat u ČHMÚ. Použití průměrných dlouhodobých měsíčních průtoků je však ošidné. Podle dlouhodobých průměrů vyrábí MVE energii celý měsíc, zatímco ve skutečnosti, s použitím středních denních průtoků mohou být střední průtoky ovlivněny jednou, nebo několika přívalovými srážkami, i když je po většinu měsíce suché období. To se týká zejména malých povodích. Vznikne tak situace, že v období přívalových srážek je spád na pevných jezech minimální, nebo je MVE odstavena a v suchém období s minimálními průtoky menšími než minimální hltnost turbíny rovněž. Mezi výsledky výpočtu výroby elektrické energie v MVE z dlouhodobých středních měsíčních průtoků a středních denních průtoků jsou pak značné rozdíly. Pro přesnější výpočty výroby je proto vhodnější použít hydrologické údaje dle bodu 4.

3.4

NÁVRH SITUATIVNÍHO USPOŘÁDÁNÍ MVE, NÁVRH VZDOUVACÍHO OBJEKTU

závisí na místních podmínkách a disponibilním spádu MVE. Základní typy uspořádání MVE podle získaného spádu, velikosti spádu a umístění strojovny jsou popsány v předchozí kapitole. Základní koncepce MVE se navrhuje ve stádiu studie proveditelnosti.

3.5

3.5.1

STANOVENÍ NÁVRHOVÉ HLTNOSTI ZAJIŠTĚNÉHO PRŮTOKU MVE

A

URČENÍ

MINIMÁLNÍHO

URČENÍ NÁVRHOVÉ HLTNOSTI MVE

Určení optimální hltnosti turbín není úloha jednoduchá, uvážíme-li, že se přirozené průtoky výrazně mění v průběhu roku a navíc, že se od sebe značně liší roky málovodné a vodné. Dokonce je tato úloha složitější u malých vodních elektráren než u nízkotlakých elektráren větších výkonů, u nichž je dosti obvyklé volit návrhový průtok Q nVE v rozmezí od devadesátidenního průtoku Q90d do stodvacetidenního průtoku Q120d. Přitom u elektráren při jezu (bez derivačních kanálů a potrubí) se návrhový průtok MVE blíží Q90d a u derivačních elektráren průtoku Q120d. U MVE se při určování návrhového průtoku uplatňuje řada dalších kritérií více méně individuálního charakteru. To značně rozšiřuje interval, v němž se výsledný návrh pohybuje. V zahraničí není výjimkou návrhový průtok QnMVE = Q60d – Q65d (MVE Stuttgart), byly ale realizovány i lokality navržené na QnMVE = (0,75 až 0,50) Qa, kde Qa je dlouhodobý průměrný roční průtok. Posledně uvedené hodnoty se týkají převážně derivačních elektráren s dlouhými přivaděči a lokalit MVE dostavovaných ke vzdouvacím stavbám na velkých řekách. 17 (75)

Hlavním kritériem, které se při volbě návrhového průtoku uplatňuje, je snaha o co nejvyšší roční výrobu energie při minimálních investičních a provozních nákladech MVE, tedy při nejlepší dosažené ekonomické efektivnosti. V našich podmínkách je třeba přizpůsobovat volbu návrhového průtoku i hltnostem turbín nabízených pro daný spád uvažované lokality. Pokud však nejsou jiné zvláštní důvody, je obvyklé volit návrhový průtok i u nízkotlakých MVE přibližně v okolí největší křivosti čáry trvání průtoků, což je na našich řekách v rozmezí 60denní až 90denní vody, tj. průtok QnMVE = Q90d až Q60d V souladu s vodním zákonem je potřeba zajistit, aby elektrárna využívala alespoň průtok Q90 (§5). To znamená, že méně než 90 dní v roce je průtok větší než kolik může elektrárna zpracovat. Cílem instalované elektrárny z pohledu vodohospodářského, z pohledu vodního zákona a neznehodnocení lokality má být maximální roční výroba energie. Z pohledu investora je, někdy i navzdory tommu maximalizace zisku a nízká doba návratnosti. Zde do úvahy vstupují ještě investiční náklady a výkupní ceny energie. Příliš nízké výkupní ceny energie vedou investora k návrhu levnější turbníny, nebo nižšího počtu strojů s vyšším hodinovým využitím. To současně zamená více ztracené vody. Vždy je však vhodné provést ve stádiu studie proveditelnosti rámcové variantní řešení pro několik návrhových průtoků s ekonomickým vyhodnocením pomocí dynamické finanční analýzy a maximalizovat výši čisté současné hodnoty NPV a vnitřní míry návratnosti IRR (viz kap. 8.2). Při modelování je snaha dosáhnout co nejlepších ekonomických parametrů, nikoliv maximalizovat výrobu na úkor ekonomiky. U řady lokalit jsou nejlepší ekonomické parametry a nejvyšší roční výroba energie dosaženy při stejném návrhovém průtoku MVE, u některých lokalit jsou však nejlepší (nebo vyhovující) ekonomické parametry a nejvyšší roční výroba energie dosaženy při různých návrhových průtocích a je třeba zohlednit ekonomickou efektivnost provozu MVE. Zajistit aby optimální využití lokality a ekonomická efektivita projektu bylo umožněno stejnou návrhovou hltností je rolí státu jako regulátora.

3.5.2

3.5.2.1

SOUČINITEL VYUŽITÍ INSTALOVANÉHO VÝKONU A SOUČINITEL VYUŽITÍ VÝROBY V MVE SOUČINITEL VYUŽITÍ INSTALOVANÉHO VÝKONU

Součinitel využití instalovaného výkonu (Plant Factor) je velmi důležitým faktorem při plánování hydroenergetického využití. Je definován následující rovnicí:

𝑆𝑜𝑢č𝑖𝑛𝑖𝑡𝑒𝑙 𝑣𝑦𝑢ž𝑖𝑡í 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑜𝑣𝑎𝑛éℎ𝑜 𝑣ý𝑘𝑜𝑛𝑢 =

𝐺𝑒𝑟𝑜č𝑛í % 𝑃𝑚𝑎𝑥 × 365 × 24

a

𝑆𝑜𝑢č𝑖𝑛𝑖𝑡𝑒𝑙 𝑣𝑦𝑢ž𝑖𝑡í 𝑝𝑟ů𝑡𝑜𝑘𝑢 =

𝑄𝑎𝑣𝑒 𝑄𝑑

𝑛𝑒𝑏𝑜

𝑝𝑙𝑜𝑐ℎ𝑎 𝐴−𝑏−𝑐−𝐶−𝐷 𝑣 𝑜𝑏𝑟.3.6 % 𝑝𝑙𝑜𝑐ℎ𝑎 𝐴−𝐵−𝐶−𝐷 𝑣 𝑜𝑏𝑟.3.6

kde; Geroční: ................................ možná roční výroba elektrické energie ....................................... (kWh) Výpočet Geroční je uveden v kapitole 3.8.

18 (75)

Obr. 3.6 Plant Factor Ze vzorce vyplývá, že výsledný koeficient je teoreticky tím vyšší, čím větší část roku MVE vyrábí na plný instalovaný výkon. Nižší koeficienty instalovaného výkonu znamenají, že menší část roku budou průtoky v lokalitě nad navrženou kapacitu strojů, po zbytek roku MVE plně nezapojuje celý instalovaný výkon, nicméně průtok je využit. Vyšší čísla naznačují, že MVE plně zapojuje celý instalovaný výkon větší část roku, ve zbylé části roku se vyskytují průtoky, které soustrojí není schopné pojmout. V souladu s vyhláškou 475/2005 Sb. Ve znění pozdějších předpisů jsou indikaticvní hodnoty technických a ekonomických parametrů uvedené takto: Měrné investiční náklady [Kč/kWe]

Roční využití [kWh/kWe]

< 150 000

>4000

3.5.2.2

instalovaného

výkonu

SOUČINITEL VYUŽITÍ VÝROBY

Pojmy „součinitel využití výroby (Load Factor)“ a „součinitel využití výkonu (Plant Factor)“ se často nesprávně považují za identické. Součinitel využití výroby je definován následující rovnicí:

𝑆𝑜𝑢č𝑖𝑛𝑖𝑡𝑒𝑙 𝑣𝑦𝑢ž𝑖𝑡í 𝑣ý𝑟𝑜𝑏𝑦 =

𝑅𝑜č𝑛í 𝑣ý𝑟𝑜𝑏𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑐𝑘é 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑣𝑦𝑢ž𝑖𝑡á 𝑠𝑝𝑜𝑡ř𝑒𝑏𝑖𝑡𝑒𝑙𝑒𝑚 % 𝑀𝑜ž𝑛á 𝑟𝑜č𝑛í 𝑣ý𝑟𝑜𝑏𝑎 𝑣 𝑀𝑉𝐸

Základním pravidlem pro návrh vodních mikro a mini elektráren je proto „návrh MVE s maximálně možným součinitelem využití výroby (Load Factor)“.

19 (75)

NÁVRH HYDRAULICKÉHO OBVODU MVE

3.6 3.6.1

ZÁKLADNÍ OBJEKTY HYDRAULICKÉHO OBVODU MVE

Hydraulický obvod vodní elektrárny se skládá z řady stavebních objektů, jejichž návrh závisí na typu schématu, místních podmínkách, dostupnosti stavebního materiálu a také místních stavebních tradicích v daném regionu. Hydraulický obvod VE obvykle tvoří následující objekty: Vzdouvací objekt: 

Hradící konstrukce (jez, nízká hráz)



Přeliv



Tlumení energie pod přelivem –(vývar, balvanitý skluz)



Rybí přechod



Výpustný objekt pro vypouštění minimálních zůstatkových průtoků a pro vypouštění zdrže v případě čištění a údržby

Přivaděč: 

Vtokový objekt



Lapač písku



Otevřený kanál – přívodní koryto



Tunel



Tlakové potrubí



Budova MVE

Níže jsou uvedeny některé aspekty návrhu objektů: Vtokový objekt Konstrukce vtokových objektů se liší podle toho, zda se jedná o vtok do otevřeného kanálu o volné hladině, nebo do tlakového potrubí či tunelu. Podle toho se člení na vtokové objekty tlakové, beztlakové a speciální. Tlakové objekty se používají pro odběr vody do tlakových přivaděčů nebo přímo na turbíny. Existují různé typy vtokových objektů: přímé, boční, dnové a násoskové. U prvních 2 typů je nezbytné navrhnout tvar vtoku tak, aby se zamezilo otrhávání proudu vody od stěn vtoku a dosáhlo vysoké hydraulické účinnosti s minimalizací hydraulických ztrát. U všech typů vtoků je také třeba ověřit minimální hloubku vtoku pod hladinou vody, aby se zamezilo tvorbě vtokových vírů s následným strháváním vzduchu. Přítok vody se reguluje buď různými uzávěry na přítoku (stavidla, šoupata, pohyblivé jezové uzávěry) nebo zúžením profilu na přítoku. Výška hladiny vody je regulována pohyblivou jezovou konstrukcí nebo vakovým jezem tak, aby se vytvořila dostatečná výška hladiny (Ho) k nátoku požadovaného množství vody na turbíny (Q0). Sedimentační nádrž – lapač písku V sedimentační nádrži se usadí jemné částice nesené vodou v suspenzi, které by mohly poškodit části turbíny a snížit její účinnost a životnost. Usazování probíhá gravitací při snižování rychlosti 20 (75)

vody v sedimentační nádrži zvětšováním jejího příčného profilu. Sedimentační nádrže mají obvykle prizmatický tvar s převažujícím horizontálním směrem proudění. Lapač písku je rozdělen do 4 zón: 1. 2. 3. 4.

Vtoková část Usazovací část Výtok Kalová jímka - zásobník kalu

Vtoková část musí zabezpečit rovnoměrné rozdělení rychlosti vody průtokem přes perforovaný usměrňovač proudu. V usazovací části dochází k usazení pevných částic. Čistá voda odtéká do přivaděče přepadem nebo vypouštěcím otvorem (obr. 3.7).

Obr. 3.7 Rozdělení usazovací nádrže na jednotlivé zóny Jez (přeliv u nízké přehrady) Někdy je vhodné instalovat na koruně přepadu pohyblivou hradící konstrukci pro zvýšení spádu nebo zvětšení užitného objemu zdrže. Přeliv se navrhuje na návrhovou povodeň s periodicitou dle kategorie vodního díla (např. 100 let) a musí být ověřen i na kulminační průtok kontrolní povodně. Pod přelivem je nutné v závislosti na geotechnických poměrech lokality navrhnout tlumení energie přepadajícího paprsku. Základová výpust Aby bylo možné nádrž (jezovou zdrž) vyprázdnit při čištění a případných opravách, je třeba vybavit hráz (jez) základovou výpustí. Pro výpočet průběhu prázdnění nádrže je třeba definovat hydraulické charakteristiky, zejména místní hydraulické ztráty, drsnost a příčný profil výpusti. Dále je třeba vypočítat rychlost vody pro návrh tlumení energie na výtoku a navrhnout výšku bočních zdí na výtoku k nasměrování odtoku do vodního toku. Základová výpust umožňuje úplné nebo částečné prázdnění nádrže (jezové zdrže).

Přivaděč Přivaděč zahrnuje veškeré objekty pro přívod vody od vtokového objektu k budově elektrárny. Přívod vody může být řešen buď pomocí tlakových štol či tlakového potrubí, nebo jako kombinovaný, složený z přívodního kanálu o volné hladině a tlakového potrubí. Návrh přivaděče závisí na několika faktorech, zmíněných stručně v následujících poznámkách. 21 (75)



Je třeba provést analýzu různých variant pro umístění hradící konstrukce a vtokového objektu a prořešit různé varianty návrhu přivaděče s cílem dosáhnout ekonomicky výhodného čistého spádu a minimální délky přivaděče, což znamená menší objemy výkopů a přemístění zeminy. Všechny lokality by měly mít dobrý přístup, přičemž je třeba dbát na minimalizaci plochy vyvlastněných pozemků. Výběr nejvhodnější výsledné varianty řešení musí být proveden na základě vyhodnocení technického řešení, ekonomického posouzení, zhodnocení vlivu na životní prostředí a zvážení sociálních dopadů.



Příčný profil přívodního hydraulického systému (např. charakterizovaný průměrem potrubí) musí být optimalizován s ohledem na roční výrobu energie a vynaloženými investičními náklady. Při menším průměru potrubí jsou vyšší hydraulické ztráty v přivaděči, tedy nižší výroba energie (ztráty ve výrobě energie), ale zároveň nižší investiční náklady a naopak. Hledá se optimum součtu celkových ročních provozních nákladů (se zahrnutím investice formou odpisů) a celkové roční výroby energie.



Návrh všech prvků a zařízení přivaděče a jejich nejvhodnějšího umístění.

Obr. 3.8 Schémata smíšených přivaděčů hydraulického systému Výběr profilu pro umístění vzdouvacího objektu (tj. jezu nebo nízké přehradní hráze) a budovy elektrárny se provádí na základě analýzy topografických map, inženýrskogeologických podmínek a prohlídky lokality. Pro trasování přívodního koryta nebo nízkotlakého přívodního potrubí přivaděče je třeba vzít v úvahu následující faktory: 

Dlouhý otevřený přivaděč o volné hladině může být z geomorfologického hlediska nevhodný, protože musí překonávat boční přítoky a rokle, což znamená výstavbu objektů v místě křížení, jako jsou přemostění a shybky. Je třeba rovněž pečlivě posoudit riziko možných sesuvů bočních svahů údolí.



Při trasování přivaděče je obvykle výhodné přetnout meandry říčního koryta přímým tunelem nebo kombinovaným systémem otevřených kanálů a nízkotlakého potrubí, pokud to geologické poměry umožňují.



U nízkotlakých přivaděčů je možné uvažovat potrubí z plastů. Je však třeba vzít v úvahu omezující podmínky jako výrobní škála průměrů potrubí, faktory oslunění, přetlak a vnější zatížení, teplotní změny. Tyto faktory vyžadují uložení potrubí ve výkopu, nebo jeho překrytí zemním násypem.

Výše uvedená omezení je třeba zvážit a porovnat variantní řešení k nalezení nejlepší možné alternativy.

22 (75)

3.6.2

TLAKOVÝ PŘIVADĚČ

Pro tlakový přivaděč, u kterého sleduje potrubí v celé délce povrch terénu, musí být v nejnižších bodech instalovány armatury pro vypouštění a odkalení potrubí a v nejvyšších lomech potrubí pak vzdušníky, aby se zabránilo havárii nebo deformaci potrubí. Nejvyšší výškové body tlakového přivaděče musí být situovány pod nejnižší dosaženou čárou hydrodynamického tlaku při mimořádných provozních podmínkách (obr. 3.9).

Obr. 3.9 Příklad průběhu čar hydrodynamického tlaku a tlakového potrubí Při změnách průtoku nebo při změnách nastavení rozváděcích lopatek turbíny se mění tlak v přívodním potrubí s časem. Je třeba zjistit obalovou čáru maximálních a minimálních piezometrických výšek, provést statický výpočet tlakového přivaděče na mimořádné provozní stavy a ověřit v podélném profilu výškové vedení přivaděče. Kontrola změn maximálních a minimálních hydrodynamických tlaků při přechodových stavech je součástí projektu. Tlakové potrubí musí být dimenzováno na maximální vnitřní tlak, dosažený při vodním rázu, při normálních a mimořádných provozních stavech. Potrubí se pokládá na stabilní podpěry ve směru proti sklonu svahu. U menších spádů se potrubí ukládá do země, aby se eliminovaly teplotní změny, nebo je třeba s těmito změnami počítat při návrhu potrubí. Jsou 2 možné způsoby uspořádání tlakového potrubí – samostatné potrubí pro každé turbínové soustrojí, nebo společné potrubí s rozvětvením na jednotlivé stroje těsně před elektrárnou. Při výběru nejvhodnějšího uspořádání tlakového přivaděče je nutné mít na zřeteli princip maximální ekonomické efektivnosti a bezpečnosti díla. Ekonomicky optimální průměr přivaděče Při návrhu ekonomického průměru přivaděče se hledá optimum mezi zvýšením příjmů z výroby energie vlivem nižších hydraulických ztrát při větším průměru potrubí, stabilitou provozních podmínek (vodní ráz a opotřebení) a zvýšením celkových investičních nákladů. Výběr optimálního průměru každé větve tlakového přivaděče je založen na zjednodušeném ekonomické posouzení s hlavním cílem minimalizovat celkové náklady (tj. jednotkové investiční náklady na potrubí a jednotkovou ztrátu z prodeje energie vlivem hydraulických ztrát třením). 23 (75)

Minimální tloušťka stěny ocelového potrubí Kritickou podmínkou při návrhu minimální tloušťky stěny je kolaps potrubí při vzniku vakua podtlaku při náhlém vyprázdnění potrubí a uzavřeném vtoku. Je to nejkritičtější stav.

3.6.3

OTEVŘENÝ KANÁL O VOLNÉ HLADINĚ

Ekonomická proveditelnost MVE je podmíněna, kromě jiných faktorů, dostatečným spádem – energií vody. Návrh derivačního uspořádání pro zvýšení celkového čistého spádu MVE je řešení, závisející na topografii terénu a inženýrskogeologických poměrech dané lokality. Typické derivační uspořádání se skládá ze vzdouvacího objektu, přívodního kanálu o volné hladině, vyrovnávací nádrže s vtokem do tlakového potrubí, pro přívod vody na turbíny. Vyrovnávací nádrž vyrovnává hladinu při změnách turbinového průtoku. Délka přívodního kanálu je důležité omezení, které závisí na výsledcích studie proveditelnosti. Výška bočních hrází kanálu přitom musí být navržena tak, aby se zabránilo přelití jejich koruny vodou, a to jak při přechodových stavech, tak při hydrostatickém tlaku, kdy je elektrárna mimo provoz. Návrh bočního přepadu je řešením jak kontrolovat výšku hladiny v přívodním kanálu (obr. 3.10). Umístění bočního přepadu závisí na morfologii terénu a možnosti odvést bezpečně přepadající vodu, případně odolnosti terénu proti erosi pod přelivem. Boční přeliv omezí výšku hydrostatické hladiny a tím i výšku bočních hrází, nebo zdí přívodního kanálu. Realizace automatického řídicího systému pro regulaci hladiny vody a regulaci vypouštění průtoku stavidly nebo uzávěry jsou také důležitými opatřeními pro provoz MVE, které omezí nadměrnou výšku bočních hrází (zdí) přívodního kanálu.

Obr. 3.10 Možnosti návrhu přivaděče o volné hladině: A) Koruna bočních zdí je horizontální B) S bočním přelivem Vyrovnávací nádrž Náhlé změny průtoku turbínami vyvolají oscilaci hladin v derivačním kanálu. Vyrovnávací nádrž (forebay) má regulační funkci s cílem omezit změny hladiny vody a rychleji ustálit hladinu vody v derivačním kanálu při změnách průtoku turbínami. Působí také jako ochrana turbín před nasáváním usazenin a plovoucích předmětů do přivaděče na turbíny (obr. 3.11).

24 (75)

Obr. 3.11 Schéma vyrovnávací nádrže Když se zvýší průtok vody turbínami, hladina vody se rychle snižuje, protože přívodní kanál nereaguje tak rychle na změny a nemůže okamžitě zvýšit průtok na požadovanou hodnotu. Naopak, při odstavení elektrárny se šíří směrem proti toku vodní ráz, zatímco z přívodního kanálu stále přitéká voda do vyrovnávací nádrže. Tento poslední jev může vyvolat sekundární oscilační vlny a přepad vody přes korunu bočních hrází (nebo zdí) při přeplnění přívodního kanálu. Rozměry vyrovnávací nádrže, umístěné na dolním konci přívodního kanálu, jsou ovlivněny následujícími podmínkami: 1. Dostatek místa pro výstavbu vtokového objektu do tlakového potrubí, přivádějícího vodu na turbíny a jeho vybavení (provizorní hrazení – hradidla, česle s čistícím strojem, detektory úrovně hladiny, stavidla, přeliv), přičemž je třeba navrhnout minimální hloubku vtoku pod hladinou tak, aby nedocházelo ke vzniku vírů a strhávání vzduchu do tlakového přivaděče 2. Omezit vznik oscilačních vln v přívodním kanálu při změnách průtoku vody při manipulaci s turbínami 3. Zajistit regulační funkce (tj. zajistit změny průtoku vody turbínami nezávisle na režimu průtoku Jednoduše řečeno, při hydraulických výpočtech se vyrovnávací nádrž uvažuje jako zásobník s horizontální volnou hladinou, protože je vyrovnávací nádrž většinou mnohem hlubší než přívodní koryto.

Obr. 3.12 Obvyklé uspořádání vyrovnávací nádrže Obvykle je Lf >Bf (kde Lf je délka a Bf šířka vyrovnávací nádrže) a rychlost vody ve vyrovnávací nádrži je menší než 0,5 m/s, aby došlo k usazení nežádoucích pevných částic. 25 (75)

Obr. 3.13 Typické uspořádání vyrovnávací nádrže

26 (75)

3.6.4

OBECNÉ POZNÁMKY KE SMÍŠENÝM PŘIVADĚČŮM

Podle morfologických podmínek lokality mohou být navrženy i smíšené přivaděče. Rychlost proudění vody a tvar příčného průřezu se navrhují dle postupů, popsaných v běžně dostupné odborné literatuře. Přívodní kanál o volné hladině se navrhuje na maximální hltnost turbín, i když může být v běžném provozu ve funkci i při mnohem nižších průtocích (v suchém období), což může způsobit vážné problémy se zanášením kanálu nebo vyrovnávací nádrže.

Obr. 3.14 Dva typy smíšených přivaděčů Otevřený přívodní kanál má ve srovnání s tlakovým přivaděčem, navrženým v celé délce přívodu vody na turbíny, tyto hlavní nevýhody: 

Délka otevřeného přívodního kanálu je obvykle delší než tlakový přivaděč (s ohledem na vedení kanálu o volné hladině s minimálním spádem po svahu údolí)



Potenciální obtíže při výstavbě kanálu ve svahu údolí podél břehu vodního toku



Přechody přes boční přítoky a rokle



Cesty pro lidi a zvířata a nebezpečí pádu do kanálu



Ledové jevy, potíže se zamrzáním v zimním období



Problémy s efektivním odvedením sedimentů



Dopady na životní prostředí při trvalých výkopech pro otevřený kanál



Náklady na údržbu

Variantně se v mnoha případech dává přednost tunelu (štole) o volné hladině. Při výstavbě tunelu však může docházet k obtížím vyvolaným zejména geologickými puklinami, poruchami a smykovými zónami v horninovém masivu.

27 (75)

3.6.5

BUDOVA MVE

Funkcí budovy MVE je ochrana turbogenerátorových soustrojí a pomocných zařízení (např. bezpečnostní a ochranné uzávěry, rozvaděče, regulátory, ovládání turbín, dálkové ovládání provozu MVE, ovládací panel a zařízení pro ochranu – požár, vloupání, atd.) před povětrností s vytvořením prostoru pro obsluhu a umístěním pomocných provozů (malá dílna). Návrh budovy MVE musí umožnit snadnou instalaci zařízení, stejně jako přístup pro kontrolu a údržbu turbín a všech ostatních zařízení. Obecně lze říci, rozměry budovy závisí hlavně na velikosti turbogenerátoru (ů), uzávěrů a dalších zařízení.

3.7

VÝPOČET ČISTÉHO SPÁDU

Čistý spád H0 je jedním z nejdůležitějších parametrů pro předběžnou analýzu ve fázi studie proveditelnosti a zpracování projektu MVE. Druh materiálu, příčný profil a délka tlakového přivaděče ovlivní hydraulické ztráty. Při výpočtu čistého spádu se vychází z hrubého spádu (Hg) – geometrické výšky neboli rozdílu mezi kótou hladiny vody na vtoku do přivaděče (Zh) a kótou hladiny vody na výtoku z elektrárny (Zd) - pro reakční turbíny, nebo kótou osy dýz – pro akční turbíny (zejména Pelton) a součtu všech hydraulických ztrát (ztrát třením a místních ztrát ΔHi v celém hydraulickém systému). Velikost ztrát je funkcí měnícího se průtoku v průběhu provozu MVE.

𝐻0 = 𝑍ℎ − 𝑍𝑑 − ∑ ∆𝐻𝑖 𝑖

Návrhový spád se používá k výpočtu instalovaného výkonu turbíny (typicky maximální výkon při nejvyšším spádu). U vysokospádových elektráren s dlouhým tlakovým přivaděčem má kolísání vodní hladiny menší dopad na výkon MVE než hydraulické ztráty, měnící se s kolísajícím průtokem.

Obr. 3.15 Hladiny vody u vzdouvacího objektu Při změnách kóty hladiny zdrže vzdouvacího objektu může být dosaženo při povodni maximální hladiny vody (hladiny retenčního prostoru), kdy se přes přeliv převádí návrhová povodeň. Maximální provozní hladina je dána kótou přelivu a minimální provozní hladina je určena požadavky na bezporuchový provoz vtokového objektu (např. minimální hloubka vtoku pod hladinou vody).

28 (75)

3.7.1

ZTRÁTY TŘENÍM

Ztráty třením v otevřeném kanálu o volné hladině nebo v tlakovém přivaděči se vypočítají dle vzorce ∆𝐻𝑡 = 𝐼 . 𝐿 kde I = sklon tlakové čáry L = délka kanálu, nebo tlakového přivaděče Za předpokladu, že průtoková rychlost v horní nádrži je zanedbatelná, je hrubý a čistý spád schematicky znázorněn v obr. 3.16 pro reakční turbínu se savkou na výtoku z turbíny. V tomto případě se vnitřní ztráty v savce započítávají do účinnosti turbíny.

Obr. 3.16 Schéma pro výpočet čistého spádu MVE s reakční turbínou

3.7.2

MÍSTNÍ ZTRÁTY

Místní ztráty se počítají dle vzorce

∆𝐻𝐿 = ∑ 𝜉𝑖

𝑣2 2𝑔

kde = koeficient místních ztrát, který závisí zejména na geometrii místní změny směru a profilu a Reynoldsově čísle.

29 (75)

3.8

VÝPOČET PRŮMĚRNÉ ROČNÍ VÝROBY

Příklad výpočtu roční výroby elektrické energie z čáry překročení průtoků je uveden v příloze. 1. Pro každou hodnotu říčního průtoku je stanoven přítok na MVE, z čáry spádů v závislosti na říčním průtoku spád MVE, a účinnosti turbíny, generátoru a transformátoru. Následně je pro každou hodnotu průtoku turbínou vypočtena hodnota výroby v čase ti a možná roční výroba elektrické energie Geroční. Pi = 9,81 x Qi x ɳti x ɳgi x ɳpř x ɳtri Geroční = ΣEi = (P i-1 + Pi)/2 x (ti – ti-1) x 24 Pmax .................................... instalovaný výkon ......................................................................... (kW) Pi ........................................ Výkon v čase ti .............................................................................. (kW) Qi ............................................................. Průtok vody turbínami v čase ti ................................................... (m3/s) ɳti........................................ účinnost turbíny pro průtok Qi ....................................... (bezrozměrné) ɳgi ....................................... účinnost generátoru pro průtok Qi ................................ (bezrozměrné) ɳpřI ...................................... účinnost převodovky (pokud je součástí soustrojí) ....... (bezrozměrné) ɳtri ....................................... účinnost transformátoru pro průtok Qi .......................... (bezrozměrné) ti, ti-1 .................................... čas z čáry překročení................................................................... (dnů) Podobně se počítá i roční výroba z řady průměrných denních průtoků. Interval (ti – t i-1) je v tomto případě 1 den. Pro výpočet energie dodané do rozvodné sítě se hodnota průměrné roční výroby snižuje o vlastní spotřebu MVE. Ta se předběžně odhaduje jako 1% z roční výroby.

30 (75)

4 OBECNÉ ZÁSADY NÁVRHU TURBÍN TYPY TURBÍN

4.1

Výběr standardizovaných turbín pro malé vodní elektrárny závisí na těchto hlavních parametrech systému: čistý spád, specifický průtok a jednotkový výkon. Hydraulické turbíny mění energii vody na rotační mechanickou energii. Hlavní charakteristické typy turbín se dělí podle toho, jak působí voda na oběžné kolo turbíny.  

Volný tryskový paprsek vody při atmosférickém tlaku – akční turbíny Průtok vody turbínou pod tlakem – reakční turbíny

Akční turbíny jsou vhodné pro velké spády. Peltonova turbína je nejznámější typ akčních turbín a skládá se z oběžného kola a jedné, nebo několika trysek. Lopatky oběžného kola mají tvar dvojité misky. Paprsek vody proudí z trysky na lopatky oběžného kola a dochází k transformaci kinetické energie vody na rotační mechanickou energii. Každá tryska je vybavena pohyblivým jehlovým uzávěrem k regulaci průtoku. Maximální počet trysek pro horizontální uspořádání je 2, nebo 6 pro vertikální šachtu. Trysky jsou vybaveny deflektory pro kontrolu průtoku. Při výpadku elektrárny dojde k odklonění paprsku vody od oběžného kola, což umožní pomalé uzavírání tlakového přivaděče s kontrolou přetlaku vody v přivaděči při vodním rázu a zároveň se vyloučí překročení rychlosti oběžného kola. Hlavní výhody těchto turbín jsou následující:    

Snadno se přizpůsobují změnám výkonu při téměř konstantní účinnosti Kontrola přetlaku vody v tlakovém přivaděči a kontrola překročení rychlosti oběžného kola je jednodušší Konstrukce turbín umožňuje snadnou údržbu a opravy Vzhledem k vysoké energii tryskového paprsku jsou výrobci nuceni používat na výrobu komponentů kvalitnější materiály, což má za následek nižší poškození turbín abrazí.

Průměr oběžného kola je obvykle 10 až 20 krát větší než průměr trysky v závislosti na rozteči lopatek. Čistý spád u těchto akčních turbín se rovná součtu čistého spádu v tlakovém přivaděči nad jehlovými uzávěry a svislé vzdálenosti k ose vodního paprsku. Mnohdy se navrhují oběžná kola po obou stranách generátoru (dvojité uspořádání). Akční turbíny mají ocelové kryty, aby se zabránilo stříkání vody, ale vzduch uvnitř krytu má převážně atmosférický tlak. Reakční turbíny Protože u moderních reakčních turbín je třeba zásobovat oběžné kolo vodou po celém obvodu, je hlavním úkolem přívodu vody zajistit rovnoměrnost tohoto zásobování při co největší prostorové úspornosti konstrukce. Z klasických konstrukcí přívodu vody lze jmenovat krytou nebo nezakrytou kašnu (jako nejstarší uspořádání) a dále moderní betonovou nebo ocelovou spirálu. Pohyblivé rozváděcí lopatky směrující průtok k oběžnému kolu mají zároveň funkci regulace turbínového průtoku. Lopatky jsou připojeny k pohyblivému ovládacímu prstenci. Za turbínou je savka, která svým tvarem s pozvolna se zvyšujícím průřezem umožňuje částečnou rekuperaci kinetické energie vody, odtékající z oběžného kola. Hlavní výhody těchto turbín jsou následující:    

Vyžadují menší prostor pro instalaci (oběžná kola jsou menší než u Peltonových turbín) Mají větší čistý spád a lepší ochranu proti vysokým hladinám vody pod elektrárnou při povodních (mohou běžet pod hladinou) Mohou mít vyšší otáčky Je možné dosáhnout vyšších účinností při vyšších hodnotách výkonu

31 (75)

Klasifikace turbín Uspořádání hřídele turbíny může být vertikální nebo horizontální, s pevnými (Francis), nebo nastavitelnými (Kaplan) lopatkami oběžného kola, což jsou důležité faktory, které se berou v úvahu při klasifikaci turbín. Francisovy turbíny mohou být jednoduché nebo dvojité. Rozdělení turbín závisí na mnoha faktorech, přičemž se turbíny rozlišují podle: 

Typu instalace



Počtu oběžných kol



Uspořádání šachty oběžného kola



Dosaženého čistého spádu

Turbíny jsou charakterizovány specifickými otáčkami ns. V následující tabulce je uvedeno rozdělení turbín podle nominálního spádu, průtoku, výkonu a specifických otáček.

H (m)

Q (m3/s)

P (kW)

ns (ot/min)

2 – 10

3 – 40

100 – 2500

200 – 450

2 – 20

3 – 50

50 – 5000

250 - 700

10 – 40

0,7 – 10

100 – 5000

100 - 250

40 - 200

1 - 20

500 15000

30 - 100

Pelton

60 - 1000

0,2 - 5

200 15000

<30

Turgo

30 - 200

Vodní turbíny Přímoproudé

Reakční

Akční

Kaplan a vrtulové – axiální průtok Francis vysokorychlostní – diagonální průtok Francis s nízkými specifickými otáčkami – diagonální průtok

Crossflow - Bánki

2 - 50

100 - 6000 0,01 – 0,12

2 - 15

Tab. 4.1 Rozsah využitelnosti standardních turbín (podle údajů různých výrobců)

32 (75)

Hlavní rozdíly mezi jednotlivými druhy turbín (obr. 4.1)

Turbína Pelton může mít jednu nebo několik dýz a využívá se pro střední, nebo vysoké spády. Vodní paprsek působí na lopatky turbínového kola a padá do odpadního kanálu při atmosférickém tlaku. Turbína nemůže pracovat při zatopení kola spodní vodou. Turbína Turgo je také akční turbína, ale s odlišnou konstrukcí lopatek než turbína Pelton. Voda natéká na oběžné kolo z jedné strany, prochází jím a vytéká na druhé straně. Turbína Bánki (nazývaná také Cross-flow, Ossberger nebo Mitchell) se využívá pro široké rozmezí spádů. Na rozdíl od většiny vodních turbín, které mají axiální nebo radiální průtok, zde voda prochází přes turbínu příčně přes lopatky turbíny. Stejně jako u vodního kola přitéká voda na turbínu shora, prochází oběžným kolem, a vytéká na opačné straně. Voda prochází lopatkami oběžného kola dvakrát, čímž se zvýší účinnost turbíny. Když voda odtéká z oběžného kola, pomáhá také čistit lopatky od drobných splavenin, listí apod. Turbína Bánki je pomaluběžný stroj, který je vhodný i pro místa s nízkým spádem, ale s vysokým průtokem.

Reverzní čerpadla fungují jako reakční turbína s opačným směrem průtoku od výtoku ke vtoku. Protože nemají žádnou regulaci průtoku (rozváděcí lopatky), mohou fungovat jen při přibližně konstantním spádu a průtoku. Turbína Francis má radiální neboli smíšený průtok s nastavitelnými rozváděcími lopatkami. Využívá se pro střední spády. K rovnoměrnému rozdělení nátoku vody po obvodu oběžného kola turbíny slouží spirála, připojená na tlakové potrubí přivaděče. Turbína může mít vertikální nebo horizontální uspořádání a může být rovněž instalována na náhonech s volnou hladinou. Turbíny Kaplan a vrtulové turbíny jsou reakční turbíny s axiálním průtokem a většinou se využívají pro nízké spády. Kaplanovy turbíny mají nastavitelné lopatky oběžného kola s nastavitelnými (s dvojitou regulací) nebo pevnými rozváděcími lopatkami (s jednoduchou regulací). Vrtulové turbíny se navrhují v případech, kdy se jak průtok, tak spád prakticky nemění. Oba typy turbín mohou být instalovány jak na náhonech s volnou hladinou, nebo s betonovou či ocelovou spirálou, podobně jako Francisovy turbíny. Pro malé spády na tocích s vysokým průtokem se navrhují přímoproudé turbíny a S turbíny.

33 (75)

Obr. 4.1 Typické turbíny pro malé vodní elektrárny

34 (75)

V inženýrské praxi se využívá v počátečních fázích návrhu MVE pro výběr standardních turbín grafů, zpracovaných výrobci. Jako příklad uvádíme graf v obr. 4.2.

Obr. 4.2 Orientační oblast použití turbín. Q – H diagram - červená oblast pro experimentální vírovou turbínu

35 (75)

Šneková turbína V současné době se rozšiřuje i použití tzv. šnekových turbín.

Rozsah použití: Systém je založen na principu Archimédova šroubu, používá se jako vodní motor pro malé vodní elektrárny pracující s asynchronním generátorem do veřejné sítě. Využívá se všude tam, kde je malý spád a značné kolísání průtoku. Je navržen i jako doplňkový motor ke stávajícím turbínám (Bánki, Kaplan atp.) využívající energii jalových přepadů. Výkon:

do 500 kW

Průtok:

100 – 10 000 l/s

Spád:

1 – 10 m

Úhel sklonu:

22 – 36°

VÝHODY: 

Nízké náklady na stavební část MVE



Nižší pořizovací náklady v porovnání s tradičními turbínami



Využití nízkých spádů



Jednoduchá konstrukce



Dlouhá životnost



Vysoká účinnost



Spolehlivý i při malém průtoku (již při 20 % hltnosti má účinnost 74 %)



Jednoduchá obsluha - nízké provozní náklady



Snadný přístup k činnému prostoru



Možnost montáže do jezu



Nevyžaduje jemné česle a je šetrný k vodním živočichům (tzv. fish friendly turbines)



Okysličuje vodu, a tím přispívá ke zlepšení kvality vody v toku

36 (75)

Princip: Volně přitékající voda se vlévá do závitů šnekovnice. Zároveň působí svou hmotností po celé dráze svého klesání a jejím působením se médium vytvořené mezi sousedními šnekovými plochami, nosnou rourou a žlabem vine směrem dolů a tím roztáčí celou šnekovnici. Srovnání účinností používaných vodních motorů:

Popis: Šnekové turbíny ST jsou obdobné konstrukce jako šneková kalová čerpadla SC. Šneková turbína je sestavena z rotoru, který je uložen ve žlabu a uchycen v horním a dolním ložisku, převodovým soustrojím a asynchronním generátorem, který je nejmodernějším zdrojem proudu na současných malých vodních elektrárnách.

37 (75)

4.2

VHODNÉ TURBÍNY PRO POTENCIÁLNÍ IDENTIFIKOVANÝCH V ŘEŠENÉM ÚKOLU

VYUŽITÍ

LOKALIT

V návaznosti na potenciální lokality pro hydroenergetické využití, identifikované v řešeném úkolu, se jedná o využití spádu stávajících příčných překážek. Potenciální lokality jsou vyznačeny v mapě, znázorňující současný stav využití hydroenergetického potenciálu MVE a disponibilní potenciál toků (podrobně viz přílohy 1,4,5). Převážně se jedná o malé spády, pro které jsou vhodné přímoproudé kolenové turbíny, přímoproudé Kaplanovy turbíny, Kaplanovy turbíny, turbíny Ossberger (Bánki), reverzní čerpadla, šnekové turbíny a vírové turbíny.

4.3

TURBÍNY ŠETRNÉ K VODNÍM ŽIVOČICHŮM

Moderní možností zejména na menších tocích a menších MVE je použití turbín šetrných k vodním živočichům. Jedná se o patentované vírové turbíny nebo šnekové turbíny využívající systém Archimédova šroubu vhodné pro nízké spády. Požadavky splňují v některých případech i pomaluběžné přímoproudé Kaplanovy turbíny. Vesměs se jedná o turbíny pro nízké spády,

4.4

ÚČINNOST TURBÍN

Účinnost turbíny je definována jako poměr efektivní, tj. účinné energie využitelné vodním motorem k teoretické hydraulické energii vodního zdroje. Obvykle je účinnost definována následujícím vzorcem:

Kde BH (N. m) je kroutící síla a P (W) výkon turbíny, ω (rad/s) je úhlová rychlost, Q (m 3/s) je průtok a H0 je čistý spád na turbínu. Účinnosti různých typů turbín se různě mění s poměrem průtoku k návrhové hltnosti turbíny, jak je patrné z obr. 4.3. Jak je patrné z grafu, mají akční turbíny vysokou účinnost v širokém rozsahu průtoků. Vrtulové turbíny jsou velmi citlivé na změnu průtoků. Kaplanovy turbíny s dvojitou regulací (s pohyblivými lopatkami oběžného kola) si udržují vysokou účinnost v širokém rozmezí průtoků. Turbíny nemohou být ekonomicky provozovány od nulového průtoku do návrhové hltnosti. Pod určitým procentem návrhové hltnosti účinnost rychle klesá. Řada typů turbín může být provozována nad hranicí 40% návrhové hltnosti. Celková účinnost MVE pro dodávku elektrické energie do rozvodné sítě se vypočte přenásobením dalšími účinnostmi (např. převodovky, generátoru, transformátoru).

38 (75)

Obr. 4.3

Typické účinnosti různých typů turbín v závislosti na poměru průtoku k návrhové hltnosti turbíny

5 HYDRAULICKÉ PŘECHODOVÉ JEVY A DYNAMICKÉ ÚČINKY Když se mění průtok, v průběhu provozu MVE vznikají v hydraulickém přívodním systému přechodové jevy při změně z jednoho ustáleného režimu proudění do jiného. Fyzikálně vyvolají tyto hydraulické přechodové jevy povrchové gravitační vlny v otevřených přívodních kanálech a elastické tlakové vlny v tlakových přivaděčích. Hydraulické přechodové jevy je nutné vyhodnotit již od prvních, počátečních fází MVE a návrh upravit tak, aby výsledné řešení bylo co nejekonomičtější a nejbezpečnější. Průtokové změny v MVE jsou nevyhnutelné. Každé turbogenerátorové soustrojí někdy musí nastartovat, přizpůsobit se změnám průtoku nebo zatížení, nebo vypnout. Nepředvídatelné události, jako jsou lidské chyby, poruchy zařízení nebo ohrožení životního prostředí, mohou také způsobit kritické nestabilní režimy. V otevřených kanálových přivaděčích způsobí uzavření přívodu vody na turbíny v elektrárně přechodovou vodní vlnu, která se šíří proti toku vody. Převýšení koruny bočních hrází či zdí přívodního kanálu a návrh všech hydraulických prvků po délce kanálu musí být na tento stav dimenzován. V tlakových přivaděčích musí všechny komponenty systému odolat maximálním přechodovým přetlakům a podtlakům, vyvolanými změnami průtoku. Výsledný optimální návrh MVE by měl obsahovat řešení hydraulických přechodových režimů se všemi souběžnými dynamickými účinky, včetně interakce s elektrotechnologickým zařízením. 

Hydraulické přechodové jevy jsou hlavním faktorem při definování podmínek provozní bezpečnosti s cílem zamezit poruše potrubí, rozdělení vodního sloupce v přívodním potrubí nebo vniknutí vzduchu do tlakového přivaděče a přelití bočních hrází přívodního kanálu nebo zdí vyrovnávací nádrže.



Hydraulické přechodové jevy a kontrola průtoků ovlivní celkovou odezvu systému, týkající se zejména překročení rychlosti oběžného kola turbíny až do průběžných otáček, 39 (75)

systému kontroly a řízení (např. ovládání turbíny a regulátorů), podmínek stability systému, stejně jako statických sil ve stavebních objektech vyvolaných dynamickými účinky (kotevní bloky na potrubí, aj.). Reakce systému s různými prvky závisí na druhu provozní změny, poruchy nebo změny v rozvodné síti, do které je MVE napojena (viz obr. 5.1). Spolupůsobení jednotlivých prvků může způsobit potenciální poruchy a havárie, v krajním případě pak rezonanční jevy. Navržený typ turbín silně ovlivňuje odezvy systému. Chování hydraulického systému bude záviset na jeho komponentech a jejich vzájemné interakci. V každém případě, a to zejména u MVE, je třeba určit nejdůležitější zdroje dynamických jevů, které mají být brány v úvahu. U MVE, připojených k velké celostátní přenosové síti lze zdůvodnit, že se nebude uvažovat většina kritérií stability, aplikovaných na izolovanou rozvodnou síť. Ve všech případech by integrovaná analýza neměla opomenout některé zvláštní situace, které mohou být modelovány s menším počtem prvků, jako např.: 

Prázdnění tlakového potrubí, nebo přívodního kanálu dnovými výpustmi a návrh zavzdušovacích a vypouštěcích uzávěrů, pokud je to požadováno za nezbytné



Statické posouzení kotevních bloků na potrubí, zatížených extrémními hydrodynamickými silami z výsledku analýzy přechodových jevů, na základě vynesení obálky extrémních tlaků po délce tlakového potrubí.

Obr. 5.1- Oscilační charakteristiky jednotlivých prvků MVE. Kontrola přechodových jevů a dynamické chování hydroenergetických systémů jsou zásadním výchozím podkladem, garantujícím bezpečné a spolehlivé řešení při vypracování projektu a návrhu provozu MVE. Účinnost nových návrhových kritérií založených na počítačových modelech by měla umožnit analýzu globálního chování s cílem určit případná provozní omezení, od zahájení provozu MVE, jakož i místních poměrů místní a mimořádných provozních stavů, které jsou životně důležité pro ochranu systému. Výběr analytické metody k řešení přechodových jevů bude záviset na stupni projektové přípravy a charakteristikách konkrétního systému. Nehody, způsobené hydraulickými přechodovými jevy mohou představovat velmi významné riziko jak ekonomických ztrát, tak ztrát na lidských životech, provozuschopnosti elektrárny, spolehlivosti provozu i kvality výroby elektrické energie. Od šedesátých let minulého století došlo k značnému rozvoji výpočetních metod pro hydraulickou analýzu a simulaci přechodových jevů a dnes máme k dispozici velké množství technik pro řešení hydraulických přechodových jevů a globální dynamické chování hydraulického systému MVE. 40 (75)

V některých případech je vhodnější derivační systém a hydraulický přívodní systém smíšeného typu (derivační kanál o volné hladině a tlaková štola nebo tlakové potrubí). Někdy je však ekonomicky výhodnější a z hlediska životního prostředí přijatelnější navrhnout tlakový přivaděč v celé délce. Všeobecný postup při řešení přechodových jevů MVE je schematicky uveden v následujícím grafu. A. Úvodní studie a studie proveditelnosti v počátečních fázích návrhu MVE

Předběžná analýza přechodových jevů (vodního rázu) pro základní stavy a manipulace

Cíl: garantovat proveditelné a ekonomické řešení bez zvláštních ochranných prvků nebo předvídat provozní omezení nebo typ ochrany, která bude v dalších fázích návrhu upřesněna

B. Zpracování projektu pro podání nabídek (dokumentace pro stavební povolení)

Podrobná analýza přechodových jevů a zpracování studií zahrnujících vybrané systémy ochrany s cílem získat odezvu hydraulického systému na normální a mimořádné provozní podmínky turbín a výběr hlavních parametrů technologického zařízení

Cíl: určit hlavní parametry jednotlivých prvků systému, zejména přívodu vody na MVE (přívodní kanál, vyrovnávací nádrž a tlakové potrubí nebo tunely a přívod vody k turbínám) a zařízení pro kontrolu průtoků (bezpečnostní a regulační ventily, doby otvírání a zavírání uzávěrů, setrvačnost, atd.), na základě odhadnutých charakteristik technologického zařízení.

C. Podrobná realizační dokumentace pro výstavbu a provoz MVE

Detailní analýza přechodových jevů a počítačová simulace zahrnující charakteristiky technologického zařízení vybraného dodavatele a výsledného řešení stavební části MVE

Cíl: ověřit úroveň bezpečnosti hydraulického systému a stanovit pravidla provozu MVE. Podklad pro vypracování software pro automatické systémy řízení MVE.

Kompletní hydraulická analýza, včetně přechodových režimů a interaktivních dynamických účinků je komplexní téma, které vyžaduje u velkých hydroenergetických soustav samostatný výzkum, týkající se některých specifických jevů a vývoj pokročilých výpočetních postupů. U malých vodních elektráren s omezeným rozpočtem je třeba aplikovat známá kritéria, uváděná v odborné literatuře a existující výpočetní postupy a metody pro analýzu přechodových jevů. Rozvoj výpočetních metod a počítačového softwaru s použitím komplexních rovnic pro neustálené nerovnoměrné proudění vody je v současnosti relativně snadno dostupné a použití starých přibližných metod výpočtu vodního rázu je již neodůvodnitelné a může být nebezpečné jak z ekonomického, tak i z bezpečnostního hlediska. Hydraulická analýza do značné míry závisí na typu rozvodné sítě, do které je malá vodní elektrárna připojena. 41 (75)

1) Napojení MVE do izolované (nebo ostrovní) rozvodné sítě znamená přísnější omezení, týkající se zejména dynamických účinků a stability regulace otáček turbíny; V ČR se prakticky nevyskytuje 2) Připojení k velké celostátní přenosové síti s řádově mnohonásobně větší celkovou výrobou připojených energetických zdrojů umožní jednodušší provoz MVE pokud jde o dynamické účinky

6 STANOVENÍ MINIMÁLNÍHO ZŮSTATKOVÉHO PRŮTOKU V ŘECE S OHLEDEM NA ZACHOVÁNÍ EKOLOGICKÉ ROVNOVÁHY TOKU 6.1

FUNKCE MINIMÁLNÍHO ZŮSTATKOVÉHO PRŮTOKU

Minimální zůstatkový průtok (MZP) slouží k zachování ekologických funkcí toku, které jsou negativně ovlivněny výstavbou MVE, nebo odběrem za jiným účelem. Minimální zůstatkový průtok (MZP) v rámci každého profilu musí zajistit zejména tři základní funkce: 1) Zajištění ekologické stability toku pod příčnou překážkou 2) Zajištění migrační průchodnosti pro vodní organismy 3) Zajištění životnosti a správného provozu a údržby vodního díla Na každé příčné překážce je nutné při stanovení minimálního zůstatkového průtoku uvažovat všechny tři výše uvedené požadavky a posoudit jejich potřebnost. Za nesprávný je potřeba vnímat přístup kdy MZP je stanoven pouze pro MVE derivačního typu. Důvodem, proč MZP musí být stanoveno i pro elektrárny jezové je jednak povinnost neporušit migrační průchodnost příčné překážky která vychází z vodního zákona, aby ryby vstup do RP v rámci příčného profilu nalezly, je nutné zajistit dostatečný lákavý proud, metodické materiály uvádí hodnotu 1-5% celkového průtoku (dle vodnatosti toku) v době migrace ryb v případě, že RP má vhodnou lokalizaci. Dále je důležité vzít v úvahu, že i krátký úsek bez vody v podjezí může být fatální pro populaci reofilních druhů ryb, které v hustě fragmentovaných tocích s četnými zdržemi jsou často jediné proudné úseky toku a jsou zde významná trdliště ryb, podle délky jezu může mít tento habitat plochu i 1 ha. V těchto případech platí, že průtok nutný k zajištění smáčení rybích habitatů pod jezem a funkce RP může být menší než MZP nutný v případě derivační MVE. Nejstarší postup stanovení MZP je definován ve směrném vodohospodářském plánu ČSR z roku 1976- část 2, kapitola 11.4 – Minimální průtoky ve vodních tocích. Tento postup byl nahrazen Metodickým pokynem odboru ochrany vod Ministerstva životního prostředí ke stanovení hodnot minimálních zůstatkových průtoků ve vodních tocích z roku ZP16/98. ZP16/98 stanovuje MZP na základě hodnoty průtoku Q355d. To je průtok v daném profilu vodního toku, který byl dosažen nebo překročen průměrně 355 dní v roce, vypočtený z řady průměrných denních neovlivněných průtoků z let 1931 – 1980. Nejsou-li tyto neovlivněné průtoky k dispozici, použije se řada průměrných denních průtoků z let 1931 – 1960. Pro hodnoty Q355d stanovuje ZP16/98 MZP podle vztahů určených v následující tabulce. Průtok Q355d

Minimální zůstatkový průtok

Menší než 0,05 m3/s

Q330d

0,05 – 0,5 m3/s

(Q330d+ Q355d)*0,5

0,51 – 5,0 m3/s

Q355d

Větší než 5,0 m3/s

(Q355d+ Q364d)*0,5

Tabulka 6.1. Směrné hodnoty pro stanovení MZP dle metodického pokynu MŽP ZP16/98

42 (75)

Vedle určení směrných hodnot, popisuje metodický pokyn ZP16/98 postup ve zvláštních případech, v suchých obdobích a za nouzových situací. Také se zmiňuje o kontrolách dodržování stanovených MZP. V souvislosti s novelou vodního zákona bylo rozhodnuto, že stanovení MZP bude schváleno formou nařízení vlády. Za tímto účelem byl VÚV TGM, v.v.i. pověřen vypracováním metodiky pro stanovení MZP. STANOVENÍ MINIMÁLNÍHO ZŮSTATKOVÉHO PRŮTOKU PODLE NAVRHOVANÉ METODIKY PRO PŘIPRAVOVANÉ NAŘÍZENÍ VLÁDY Metodika předpokládá 3 základní kritéria stanovení MZP 6.1.1

1) Pro potřeby stanovení minimálního zůstatkového průtoku je území České republiky rozděleno podle parametru K99 do čtyř oblastí. Přitom parametr K99 je poměr mezi průtokem Q99% a průtokem Qa (Q99%/Qa). průtok Q99% je průměrný denní průtok v profilu vodního toku, který je dosažen nebo překročen průměrně 99% dní v příslušném období, průtok Qa je průměrný průtok v profilu vodního toku v příslušném období, 2) Pro potřeby stanovení minimálního zůstatkového průtoku je období roku rozděleno na dvě sezóny, hlavní a jarní. 3) Pro potřeby stanovení minimálního zůstatkového průtoku vodoprávní úřad vychází z hodnot Qa, Q99% a z hodnot ovlivněných M-denních průtoků. Přestože smyslem tohoto projektu a certifikované metodiky není připomínkovat návrh nařízení vlády o způsobu a kritériích stanovení minimálního zůstatkového průtoku je na tomto místě potřeba poukázat na nevhodný přístup metodiky k lokalitám ovlivněným vodní nádrží. Podle návrhu nařízení vlády vychází vodoprávní úřad z hodnot Qa, Q99% a z hodnot ovlivněných Mdenních průtoků. Právě použití ovlivněných M-denních průtoků může zkreslovat řešenou situaci. Tím, že nádrž akumuluje extrémní průtoky a nadlepšuje minimální průtoky, dochází k statistickému ovlivnění řady průtoků. Čára překročení M-denních průtoků je v oblasti Q330 až Q365 více plochá než by tomu bylo u neovlivněného průtoku. Q365 pak reálně neznamená nejnižší průtok v roce dosažený v nejsušším období, nýbrž průtok který je sice minimální, ale můžeme jej v korytě naměřit i několik měsíců v roce (záleží na retenčním objemu nádrže a manipulačním řádu). Proto není možné počítat minimální zůstatkový průtok z extrémních průtoků, jako jsou Q330 – Q365, a to zejména u MVE, které nemají derivační schéma a vypouštějí vodu pod jez. Mnohem vhodnější je v takovém případě vycházet z neovlivněných průtoků, nebo spočítat průtoky, které jsou nezbytné pro zajištění jednotlivých funkcí vodního díla kromě výroby elektřiny na MVE. - smáčení jezové konstrukce dostatečným paprskem vody, - smáčení říčních habitatů pod jezem, - rybí přechod - sportovní propust Metodika předpokládá nejprve zatřízení místa nakládání s vodami do jedné ze 4 oblastí. V případě, že vodní tok protéká jednou oblastí lze vycházet z přiloženého seznamu vodních toků. Pro toky protékající více oblastmi je zatřízení provedeno výpočtem parametru K99 z hodnot Q99% a Qa. Hodnoty parametru K99 pro zatřízení toku jsou uvedeny v příloze č. 3 nařízení vlády. oblast

hodnota K99

1

> 0,18

2

> 0,15 43 (75)

3

0,1-0,15

4

< 0,1

Tabulka 6.2 hodnoty parametru K99 pro 4 oblasti zatřízení vodních toků

Dalším krokem po zatřízení lokality je určení dvou hodnot MZP pro hlavní sezónu a jarní sezónu. Podle vzorců uvedených v příloze č. 4 nařízení vlády Vzorec pro výpočet hodnot minimálního zůstatkového průtoku pak uvádí následující tabulka Hlavní sezóna

Oblast

Jarní sezóna

1

květen - leden

0,6 x Q330d 0,85

únor – duben

0,7 x Q330d 0,85

2

červen - únor

0,8 x Q330d 0,85

březen – květen*

0,9 x Q330d 0,85

3

květen - leden

0,85 x Q330d0,85

únor – duben

0,95 x Q330d0,85

4

květen - leden

0,9 x Q330d 0,85

únor – duben

Q330d 0,85

Tabulka 6.3 vztahy pro výpočet MZP dle návrhu metodiky pro nařízení vlády

V případě, že hodnoty minimálního zůstatkového průtoku získané výpočtem podle přílohy č. 4 k nařízení vlády jsou menší než 10 % Qa, vodoprávní úřad stanoví příslušné hodnoty minimálního zůstatkového průtoku na úrovni 10 % Qa. V případě, že hodnoty minimálního zůstatkového průtoku získané výpočtem podle přílohy č. 4 k nařízení vlády jsou větší než přítok do vodního díla, sloužícího ke vzdouvání nebo akumulaci vod, vodoprávní úřad stanoví hodnoty minimálního zůstatkového průtoku na úrovni přítoku do vodního díla podle přílohy č. 5 k nařízení vlády. Přítok do vodního díla Q

Minimální zůstatkový průtok (MZP) z přílohy č. 4

Q>MZP

MZP

Q<MZP

Q

Tabulka 6.4 vztah pro výpočet MZP je-li přítok do vodního díla nižší než vypočtená hodnota MZP

6.2

DĚLENÍ MINIMÁLNÍHO ZŮSTATKOVÉHO PRŮTOKU POD VODNÍM DÍLEM Z HLEDISKA ZACHOVÁNÍ HLAVNÍCH EKOLOGICKÝCH FUNKCÍ TOKU A ZAJIŠTĚNÍ ŽIVOTNOSTI A SPRÁVNÉHO PROVOZU A ÚDRŽBY VODNÍHO DÍLA

6.2.1 ZAJIŠTĚNÍ ŽIVOTNOSTI A SPRÁVNÉHO PROVOZU A ÚDRŽBY VODNÍHO DÍLA Zejména u pevných konstrukcí je nutné zajistit jejich smáčení z důvodu zamezení vysychání, vymrzání a také teplotní stability konstrukce. Požadavky se liší během letní (březen – listopad) a zimní sezóny (prosinec- únor). Běžně se uvádí výška vodního sloupce nad přelivnou hranou jezu, ta se liší dle konstrukce vodního díla a také dle stavu přelivné hrany, zda je dostatečně rovná a přímá. Pokud je přelivná hrana přímá a rovná, uvádí se běžně potřebný vodní sloupec 3-5 cm v letní sezóně a 5-8 cm v zimní sezóně. Pro přesný výpočet průtoku, který tento vodní sloupec představuje, je nutné použít hydraulické rovnice s řadou koeficientů, které závisí na tvaru vodního díla, povrchu přelivné hrany, rozdílu hladin, přítokové rychlosti i množství rozpuštěných látek a teplotě. Pro hrubý odhad však stačí uvažovat rychlost proudění na hraně jezu přibližně 0,75 m.s -1. Pak vodní paprsek o tloušťce 1 cm převede na 1 metr přelivné hrany 0,0075 m 3 vody za jednu sekundu. Pro příklad, paprsek o tloušťce 3 cm tedy převede přes jez o délce 50 m přibližně 1,125 m 3.s-1. 44 (75)

U pohyblivých jezů, které mají například kovová pole, nebo vakových jezů, kde vak je ze syntetických materiálů, není smáčení konstrukce nutné.

ZAJIŠTĚNÍ EKOLOGICKÉ STABILITY HABITATŮ LOKALIZOVANÝCH PŘÍMO POD PŘÍČNOU PŘEKÁŽKOU Průtok vody přes přelivnou hranu jezu má vedle zajištění stability konstrukce dále významnou ekologickou funkci, kdy se jeho prostřednictvím zajišťuje smáčení dna toku pod jezem. Tato oblast je extrémně důležitá pro řadu složek vodního ekosystému. 6.2.2

-

Přímo na ponořené konstrukci nacházíme velké množství přisedlých organismů, které jsou i krátkodobým zastavením průtoku přes přelivnou hranu jezu ohroženy.

-

Zejména na intenzivně upravených a regulovaných tocích je místo pod jezem jediným úsekem toku s vyšší rychlostí proudění a s písčito-štěrkovým substrátem, velmi často zejména na dolních tocích je to také místo výskytu vodních makrofyt. Dochází ke vzniku štěrkových lavic, ostrovů porostlých vlhkomilnou vegetací. Proto se zde vyskytují velmi specifické organismy, zejména bentičtí bezobratlí, a i krátkodobé vysušení (v zimě následné vymrznutí) může mít fatální následky. Je nutné velmi citlivě stanovit množství vody, které zajistí smáčení těchto habitatů.

-

Výše uvedené prostředí slouží jako trdliště většiny reofilních druhů ryb, a to jak fytofilních, které se vytírají na ponořenou vegetaci (jelec tloušť, ouklej obecná), tak lythofilních, které využívají písčitý až štěrkový substrát (parma říční, pstruh obecný, lipan podhorní). Ke koncentraci ryb pod jezy během období rozmnožování dochází nejen z důvodu výskytu vhodného substrátu, ale i z důvodu toho, že i přes vybudování dostatečně kapacitního rybího přechodu nelze zajistit stoprocentní průchodnost pro všechny druhy, věkové kategorie ryb a během všech průtokových situací. Po vytření následují vývin jiker a dále tyto habitaty slouží k vývoji plůdku těchto ryb, a to během celé letní sezóny. I krátkodobé vysušení může tak mít fatální následky, kdy dojde buď přímo k úhynu jiker nebo mladých ryb nebo jejich vystavení zvýšené predaci.

-

Součástí konstrukce většiny jezů je i vývar pod jezem, který slouží k tlumení energie přepadající vody. Ten se stává velmi často útočištěm ryb, které zde nacházejí vhodné kyslíkové i potravní podmínky i úkryt. Zastavení průtoku do této části má za následek zhoršení podmínek a také větší riziko predace ze strany rybožravých predátorů.

V případě, že je požadováno vlastníkem jezu smáčení konstrukce (min 3-5 cm), tento průtok je dostatečný pro zajištění výše uvedených funkcí. 6.2.3 ZAJIŠTĚNÍ MIGRAČNÍ PRŮCHODNOSTI PRO VODNÍ ORGANISMY Omezení vlivu technických zásahů do přirozených vodních toků se řeší pod vlivem implementace Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2000/60/ES ze dne 23. října 2000, kterou se stanoví rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky (Rámcová směrnice o vodách, RSV) a její následné transpozice do zákona č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů ve znění pozdějších předpisů (vodní zákon, VZ). Na základě analýzy současného stavu vod při přípravě prvních plánů oblastí povodí bylo zjištěno, že omezení podélné průchodnosti vodních toků pro vodní živočichy je jedním z nejzávažnějších problémů dosažení dobrého ekologického stavu vod, na vodních tocích v ČR je vybudováno více než 8000 příčných staveb. Přesné číslo není známo, jelikož evidence překážek zejména na menších vodních tocích nebyla dostatečně provedena. Další závazky pro ČR plynou z nařízení Rady ES č. 1100/2007, kterým se stanoví opatření pro obnovu populace úhoře říčního Anguilla anguilla. Koncepce zprůchodnění říční sítě ČR je v 45 (75)

souladu s návrhy opatření uvedenými v plánech řízení stavu úhoře říčního pro mezinárodní povodí Labe a pro mezinárodní povodí Odry, které byly Ministerstvem zemědělství předloženy ke schválení Evropské Komisi. Pro dosažení dobrého stavu vod je nezbytné zohlednit i závazky vyplývající ze Směrnice Rady č. 92/43/EHS ze dne 21. května 1992 o ochraně přírodních stanovišť, volně žijících živočichů a planě rostoucích rostlin, na jejímž základě se vyhlašují evropsky významné lokality soustavy NATURA 2000. Zákon č. 245/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů se dotýká zajištění ekologického stavu vod a migrační prostupnosti vodních toků v několika svých paragrafech, za nejdůležitější lze považovat ustanovení §15 odst. 6, kdy „Při povolování vodních děl, jejich změn, změn jejich užívání a jejich odstranění musí být zohledněna ochrana vodních a na vodu vázaných ekosystémů. Tato vodní díla nesmějí vytvářet bariéry v pohybu ryb a vodních živočichů v obou směrech vodního toku. Zákon č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí a o změně některých zákonů (zákon o posuzování vlivů na životní prostředí), ve znění pozdějších předpisů se především dotýká nově navrhovaných nebo rekonstruovaných staveb, kdy by mělo být provedeno zjišťovací řízení podle tohoto zákona u vodních elektráren s celkovým instalovaným výkonem výroby od 10 MWe do 50 MWe a nad 50 MWe a dále u staveb, technologií a činností v chráněných územích nebo pokud příslušný orgán k posuzování vlivů na životní prostředí rozhodne z vlastního podnětu či z podnětu jiného subjektu za předpokladu, že MVE nebo úprava toku zásadně mění charakter toku a ráz krajiny. Tento předpis je možné tedy aplikovat v podstatě na všechny umělé stupně na tocích. Zákon č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny se v některých paragrafech týká také zajištění ekologického stavu vodních toků. Vodní toky včetně údolní nivy jsou významnými krajinnými prvky (dále VKP) podle § 3 a podle následujícího § 4 mohou být využívány tak, aby nebyla narušena jejich obnova a nedošlo k ohrožení nebo oslabení jejich stabilizační funkce, přičemž k zásahům vedoucím k ohrožení, oslabení, poškození nebo dokonce zničení VKP je třeba mít souhlasné stanovisko orgánu ochrany přírody. Lze říci, že příčná stavba na vodním toku je vždy významným zásahem do přírodního prostředí a VKP. Vodní toky a jejich biotopy ve většině případů plní i funkci biokoridorů v územním systému ekologické stability krajiny. Vodní toky tvoří podle tohoto zákona životní prostředí pro obecně (§ 5) a zvláště chráněné druhy živočichů (§ 50). Příčné stavby na toku ohrožují populace méně početných druhů ryb, neboť dochází k fragmentaci a fyzickému oddělení potřebného počtu jedinců pro udržení genetické diverzity. Také u zvláště chráněných druhů organismů ve smyslu zákona č. 114/1992 Sb. § 50 dochází ke škodlivým zásahům do jejich přirozeného vývoje, pokud jim není umožněna migrace přes stupně na toku v obou směrech. Vliv příčných staveb na toku na životní prostředí lze specifikovat i jako „Ekologickou újmu― podle zákona č. 17/1992 Sb. §10, za kterou je považována ztráta nebo oslabení přirozených funkcí ekosystémů, vznikající poškozením jejich složek nebo narušením vnitřních vazeb a procesů v důsledku lidské činnosti. Fragmentací toku dochází k oslabení populací některých druhů živočichů, především ryb, a tím i celého vodního ekosystému včetně jeho vazeb. Zákon č. 99/2004 Sb., o rybníkářství, výkonu rybářského práva, rybářské stráži, ochraně mořských rybolovných zdrojů a o změně některých zákonů (zákon o rybářství), ve znění pozdějších předpisů Udává přímo povinnost vlastníka objektu zřizovat rybí přechody („…musí být dbáno, aby tam, kde je to účelné, byly zřizovány a udržovány rybí přechody a česlice…“).

6.3

NAVRHOVÁNÍ RYBÍCH PŘECHODŮ

Agentura ochrany přírody a krajiny ČR, jako odborný garant Operačního programu životní prostředí, zřídila odbornou skupinu „Komise pro rybí přechody při AOPK“. Tato komise posuzuje projekty na rybí přechody všech žadatelů z OPŽP před podáním žádosti, její souhlasné stanovisko je povinným podkladem pro žádost do OPŽP. Zároveň je povinným i souhlasné stanovisko o funkčnosti RP po dokončení realizace. Velmi často je stanovisko komise vyžadováno i vodoprávním nebo stavebním úřadem při povolování staveb i případě, že investor 46 (75)

nežádá podporu z OPŽP. V rámci souběžně probíhajícího projektu TAČR TA04020765 „Vývoj metodických, plánovacích a monitorovacích opatření pro řešení problematiky fragmentace říční sítě ČR“ je vyvíjena standardizovaná národní databáze příčných překážek na vodních tocích a rybích přechodů a dále standardizované metodiky hodnocení provozu a funkčnosti rybích přechodů. Základní typy rybích přechodů a jejich parametry ve vazbě na cílová rybí společenstva popisují v současné době tři metodické materiály, které vycházejí ze zahraniční literatury a mírně se liší v terminologii i parametrech vzhledem k účelu jejich zpracování: 1) Technická norma TNV 75 2321 „Zprůchodňování migračních bariér rybími přechody“ z ledna 2011 2) Metodický postup na zlepšení migrační průchodnosti příčných překážek ve vodních tocích ČR, příručka pro žadatele OPŽP, Slavík, Vančura a kol., 2012 3) Standardy péče o přírodu a krajinu, Voda v krajině, Řada B, Rybí přechody SPPK B02 006: 2014 Není nutné popisovat různé typy RP podrobně definované v rámci výše popsaných metodik. Všechny RP jsou funkční, pokud jsou postaveny správně. Také je nutné dostatečně reflektovat potřebu ochrany ryb při poproudové migraci. Při přípravných pracích před vlastní realizací RP je nutné zaměřit se na následující položky (zdroj TNV 75 2321) a) Ichtyologický průzkum s cílem stanovení cílové rybí obsádky (pomocí zařazení do tzv. rybích pásem) a dále cílových druhů, jimž musí být přizpůsobeny parametry RP: - objektivní zjištění druhové skladby rybího osídlení v zájmové části toku a stavu populací jednotlivých druhů, s důrazem na tzv. cílové druhy (viz příloha B TNV 75 2321); - rybářské obhospodařování vodního toku (rybářský revír, chráněná rybí oblast), vysazované druhy; - informace z Nálezové databáze AOPK. b) Krajina a přírodní funkce vodního toku: - hodnota a statut území včetně vodního toku (NPR, CHKO, NP, EVL a další varianty územní či míst- ní ochrany); - krajinotvorná hodnota vodního toku, vazba toku na přilehlé záplavové území; - informace o vlastním vodním toku (upravené koryto vodního toku, přirozené koryto vodního toku), jakost vody, znečištění a možnost zlepšení, cílový stav ve vazbě na Směrnici Evropského parlamentu a Rady 2000/60/ES, kterou se stanoví rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky, plány povodí. c) Lokalita pro výstavbu RP: - pozemky na březích, zástavba, komunikace, inženýrské sítě, apod.; - charakter migrační bariéry, platná nakládání s vodami; - průtoky, odběry vody – stávající, výhledové. d) Další informační zdroje: - Nálezová databáze AOPK ČR - Koncepce zprůchodňování říční sítě ČR – prioritní úseky vodních toků 6.3.1 MINIMÁLNÍ PRŮTOK PRO ZAJIŠTĚNÍ FUNKCE RP Pro zajištění správné funkce RP je nutné stanovit správný návrhový průtok RP. Vhodný průtok rybím přechodem musí zajistit jednak průchodnost jeho trati, ale především spolu s vhodnou lokalizací vstupu i dostatečný lákavý proud, který ryby do RP navede. Návrhový průtok RP se 47 (75)

může skládat z průtoku vlastní tratí RP a dále z takzvaného vábícího proudu, který se přivádí až do vstupu do RP s cílem posílit lákavý efekt pro ryby. Výše návrhového průtoku je stanovena ve výše uvedených metodických materiálech rozdílně. Vesměs předpokládají, že vstup do RP je umístěn ideálně vzhledem k situaci na vodním díle, tedy co nejblíže pod vlastním jezem a také poblíž výtoku z MVE. TNV 75 2321 odvozuje požadovaný minimální průtok od hodnoty Q355 Minimální podíl pro RP %

Q355d m3 s-1 0,2 0,2 až 0,5 0,5 až 1,0 1,0 až 5,0 5,0 až 25,0 ≥ 25,0

50 50 40 20 20

Minimální průtok RP do 0,1 m3 s-1 celý průtok 0,1 m3 s-1 minimálně 0,25 m3 s-1 minimálně 0,4 m3 s-1 minimálně 1,0 m3 s-1 minimálně 5 m3 s-1

Tabulka 6.5. Minimální průtok pro zajištění funkce rybího přechodu podle TNV 75 2321

Metodický postup na zlepšení migrační průchodnosti příčných překážek ve vodních tocích ČR, příručka pro žadatele OPŽP, Slavík, Vančura a kol., 2012, uvádí požadované hodnoty poněkud jinak. Nejprve uvádí informativní návrhový interval průtoků v řece pro protiproudní migrace, tedy rozmezí průtoků, kdy by měl být RP funkční. Tyto hodnoty lze informativně využít v předprojektové přípravě u řek, kde není režim ovlivněn provozem nádrží nebo významnými odběry. V ostatních případech je nezbytné vyžádat si ovlivněné průtoky, nebo lokalitu posuzovat individuálně podle statistického vyhodnocení denních průtoků. druh

obecná sladkovodní ryba

losos

úhoř

návrhový průtok

Q30d - Q330d

Q30d - Q355d

Q240d - Q355d

Tabulka 6.6 návrhový průtok pro RP podle příručky pro žadatele OPŽP

Pro stanovení návrhového průtoku na vstupu do RP citují zahraniční literaturu (Larinier a kol., 2002): - 1–5 % aktuálního průtoku v rozsahu návrhového intervalu, - 5–10 % průměrného ročního průtoku, - Q355 denní Standardy péče o přírodu a krajinu, Voda v krajině, Řada B, Rybí přechody SPPK B02 006: 2014 neuvádí přesné hodnoty požadovaného průtoku a zřejmě počítá s využitím výše uvedených metodických podkladů, zejména TNV 75 2321. V materiálu je však velmi podrobně popsán postup pří přípravě koncepce technického řešení rybího přechodu a také postup výpočtu návrhových parametrů. 6.3.2 ZAJIŠTĚNÍ FUNKCE ZAŘÍZENÍ UMOŽŇUJÍCÍCH SJÍŽDĚNÍ JEZŮ Řada toků je využívána v rámci vodáctví a vodních sportů. Při návrhu rozdělení průtoků přes jednotlivé části vodního díla je třeba zohlednit také funkčnost zařízení, které vodákům umožňuje překonání jezu, kterým je nejčastěji sportovní propust. Pokročilým řešením, které umožní efektivnější využití energetického potenciálu, je instalace vstupní brány, která se otevře pouze při průjezdu lodě. V době, kdy lodě nejezdí, je průtok propustí minimální a zajišťuje pouze smáčení 48 (75)

dna s cílem zachovat bitou. To umožní využití energetického potenciálu mimo období vodácké aktivity- mimo letní měsíce a v noci. V rámci některých vodních děl jsou vybudovány sportovní trati, také tyto musí být zohledněny při výpočtu MZP. Dalším možným řešením je realizace kartáčového rybího přechodu, který umožňuje bezpečný průjezd lodí i migraci ryb s využitím jedné trati, tedy jednoho průtoku. 6.3.3 ZAJIŠTĚNÍ EKOLOGICKÉ FUNKCE TOKU V PŘÍPADĚ DERIVAČNÍHO ŘEŠENÍ MVE V případě, že je voda z toku odváděna náhonem s cílem získání většího spádu, je nutné zajistit dostatečný průtok v hlavním korytu, ten se odvíjí od výše MZP uvedené výše. Tento průtok se skládá z průtoku přes korunu jezu a dále z průtoku přes rybí přechod, případně zařízení pro vodáky. Nikdy by neměl být nižší, než vypočtená hodnota MZP dle uvedeného vzorce.

7 ZHODNOCENÍ EKONOMICKÉ EFEKTIVNOSTI

7.1

ÚVOD. NÁKLADY A UŽITKY

Konečné rozhodnutí o tom, zda by malá vodní elektrárna měla být postavena, nebo výběr výsledné koncepce z alternativních návrhových řešení, je obecně založen na srovnání očekávaných nákladů a přínosů pro celou dobu životnosti projektu, a to prostřednictvím kritérií ekonomické analýzy. Tato analýza by měla být provedena již v prvních fázích návrhu (spolu se studií proveditelnosti) pro ověření, že projekt je z technického hlediska proveditelný a je výhodný i z ekonomického hlediska. Je třeba zdůraznit, že z několika alternativních řešení, které mají stejné přínosy, se pro výsledný návrh vybírá to, které má nižší náklady nebo menší negativní vliv na životní prostředí. Porovnání alternativních projektů nebo konstrukčních řešení s různými náklady a přínosy vyžaduje použití ekonomických kritérií s cílem identifikovat nejvhodnější alternativu. Účinnost ekonomické analýzy jako nástroje pro rozhodování investora MVE závisí na přesnosti vyčíslení investičních a provozních nákladů a výpočtu očekávaných přínosů. Odhad nákladů a přínosů není, zejména v raných fázích návrhu snadný, kdy některé z parametrů hydroenergetického díla jsou pouze předběžné definovány.

7.2

NÁKLADY

Celkové náklady MVE mohou být rozděleny do těchto 3 kategorií (tab. 7.1): Investiční náklady

(kapitálové)

Roční provozní náklady

Studie, průzkumy a projekty Supervize v průběhu výstavby Stavební náklady Náklady na technologické zařízení Náklady na pozemky Rezerva a nepředvídané náklady Provoz Údržba Náhradní díly

Náklady na rekonstrukci MVE Tabulka 7.1 Rozdělení celkových nákladů

49 (75)

Investiční náklady se definují jako souhrn všech výdajů na realizaci projektu. Jsou to náklady, vynaložené v období přípravy a realizace projektu (obvykle v období 1 až 3 let). Náklady na rekonstrukci vznikají při nutnosti výměny zařízení s nižší dobou životnosti než je období provozu MVE. Do investičních nákladů se obvykle přiřazují následující výdaje: 

Studie, průzkumy a projekty



Supervize v průběhu výstavby



Realizace stavební části MVE (včetně přístupových komunikací a dočasných objektů zařízení staveniště)



Náklady na technologické zařízení (včetně strojně technologické a elektrotechnologické části, vnitřních rozvodů a napojení na přenosovou síť



Náklady na ribí přechod



Náklady na výkup pozemků

Do investičních nákladů je třeba také zařadit položku na nepředvídané, neboli rozpočtovou rezervu. Ta reprezentuje náklady na práce, které jsou možné, ale nejsou jisté, nebo se zatím nepředpokládají. Tato položka např. pomáhá překonat nejistotu, že poměry lokality, ve které má být stavba realizována, nejsou zcela známy, zejména v úvodních fázích projektové přípravy a nejsou tedy komplexně zohledněny při návrhu koncepce MVE. Nejistoty se týkají zejména stavební části a mohou např. znamenat podhodnocení objemu výkopů a deponií, nebo podloží s horšími podmínkami pro zakládání objektů, než původní návrh předpokládal. Náklady na průzkumy, vypracování studie, projektovou dokumentaci a dozor stavby jsou výsledkem jednání mezi investorem a konzultačními firmami. Pokud má investor předchozí zkušenosti z realizace MVE, měl by být schopen pro první ekonomické rozvahy odhadnout tyto náklady v % z nákladů stavební a technologické části MVE. Stavební náklady jsou vypočteny v projektu z výkazu výměr jednotlivých stavebních objektů přenásobením jednotkovými cenami stavebních prací, které obvykle není obtížné získat na trhu stavebních dodavatelů. Ke stanovení výše nákladů na technologii je možné si vyžádat nabídky od dodavatelů technologického zařízení. Náklady na výkup (nebo pronájem) pozemků pro realizaci stavby Náklady na realizaci MVE, vyčíslené v průběhu studie, je třeba pokud možno porovnat s náklady podobné, již realizované stavby, nebo alespoň podobné, dosud nerealizované stavby s již zpracovanou podrobnou realizační dokumentací. Toto porovnání je mnohem důležitější při odhadu investičních nákladů technologické části, protože mnohdy není možné získat od výrobců technologie nabídky v kratší době, než je termín vypracování studie. Technickými a ekonomickými parametry se zabývá také vyhláška 475/2005 Sb. Ve znění pozdějších předpisů. Která splněním technických a ekonomických parametrů podmiňuje podporu výroby energie. V aktuálním předpise 347/2012 Sb. Jsou jako technicko ekonomické parametry uvedeny: Měrné investiční náklady < 150 000 Kč/kWe při ročním využití instalovaného výkonu >4000 kWh/kWe Měrné investiční náklady lze brát jako hrubý odhad investičních nákaldů. Skutečná cena projektu je závislá na řadě faktorů a liší se případ od případu. Investor ji zjistí po zpracování projektové dokumentace a položkového rozpočtu. Roční provozní náklady jsou náklady na provoz a údržbu MVE po dobu její životnosti Roční provozní náklady zahrnují následující položky – viz předchozí tabulka: 

Provoz 50 (75)



Údržba



Náhradní díly

Provozní náklady zahrnují zejména náklady na pracovníky pro provoz MVE. Tyto náklady je možné redukovat návrhem plně automatického provozu. Tento způsob provozu však vyžaduje další zařízení (např. systémy automatického řízení (SŘTP), telefonní nebo satelitní linky pro telemetrii a výstražné signály). Náklady na údržbu se skládají z 2 částí: 1. Náklady na údržbu stavební části, které se pohybují obvykle v rozmezí 0,25% až 0,50% investičních nákladů stavební části 2. Náklady na údržbu technologického zařízení, které dosahují cca 2,50% investičních nákladů technologické části Náklady na náhradní díly zahrnují materiály a součástky, které je třeba mít na skladě, aby bylo možné provádět údržbu a drobné opravy MVE. Tyto náklady lze zařadit do ročních nákladů a vzniknou vždy, když je třeba obnovit zásoby materiálu. V dalším pokračování této kapitoly budeme předpokládat, že nákup energie vyrobené v MVE je zajištěn bez ohledu na množství vyrobené energie a charakteristikách výroby. Tento scénář je reálný s ohledem na výkup energie z obnovitelných zdrojů, které mají důležitou roli v energetické politice.

51 (75)

7.3

UŽITKY

Hlavním užitkem z provozu MVE jsou tržby za dodávku elektrické energie do rozvodné sítě, kde je rozhodující jednotková výkupní cena za 1 MWh dodané energie. Výpočet roční výroby elektrické energie je uveden v kapitole 3.8. Pro ceny energie, dodávané z MVE do distribuční sítě platí Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. 1/2014 ze dne 12. listopadu 2014, kterým se stanovuje podpora pro podporované zdroje energie. Pro elektřinu vyrobenou z obnovitelných zdrojů energie platí následující podmínky: (1.1.) Výkupní ceny jsou stanoveny jako minimální ceny podle jiného právního předpisu 4). Roční a hodinové zelené bonusy na elektřinu jsou stanoveny pro dané časové období jako pevné hodnoty podle jiného právního předpisu5). V rámci jedné výrobny elektřiny nelze kombinovat podporu formou výkupních cen a zelených bonusů na elektřinu. (1.2.) Roční a hodinové zelené bonusy na elektřinu se uplatňují za elektřinu naměřenou podle jiného právního předpisu6) a dodanou v předávacím místě výrobny elektřiny a sítě provozovatele distribuční soustavy nebo přenosové soustavy a dodanou výrobcem obchodníkovi s elektřinou nebo zákazníkovi a dále za elektřinu, která je účelně využitá v rámci lokální spotřeby výrobce podle jiného právního předpisu. Zelené bonusy a výkupní ceny se neuplatňují za technologickou vlastní spotřebu elektřiny.

4)

Zákon č. 526/1990 Sb., o cenách, ve znění pozdějších předpisů.

5)

Zákon č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů. 6)

Vyhláška č. 82/2011 Sb., o měření elektřiny a o způsobu stanovení náhrady škody při neoprávněném odběru, neoprávněné dodávce, neoprávněném přenosu nebo neoprávněné distribuci elektřiny, ve znění pozdějších předpisů. 7)

Vyhláška č. 541/2005 Sb., o Pravidlech trhu s elektřinou, zásadách tvorby cen za činnosti operátora trhu s elektřinou a provedení některých dalších ustanovení energetického zákona, ve znění pozdějších předpisů 8)

Vyhláška č. 347/2012 Sb., kterou se stanoví technicko-ekonomické parametry obnovitelných zdrojů pro výrobu elektřiny a doba životnosti výroben elektřiny z podporovaných zdrojů, ve znění pozdějších předpisů. 9)

Vyhláška č. 140/2009 Sb., o způsobu regulace cen v energetických odvětvích a postupech pro regulaci cen, ve znění pozdějších předpisů. 52 (75)

kde: VT - pásmo platnosti vysokého tarifu stanovené provozovatelem distribuční soustavy v délce 8 hodin denně; NT - pásmo platnosti nízkého tarifu platné v době mimo pásmo platnosti VT. (1.6.1.) Možnost zařazení výrobny elektřiny (špičkové nebo pološpičkové akumulační malé vodní elektrárny 10) do dvoutarifního pásma provozování podle bodu (1. 6.) mají pouze výrobny elektřiny, kterým je stanoven špičkový nebo pološpičkový provoz v povolení k nakládání s vodami nebo v jiném povolení nebo rozhodnutí. (1.6.2.) Malou vodní elektrárnou se rozumí vodní elektrárna s instalovaným výkonem do 10 MW včetně. (1.6.3.) Novou lokalitou se rozumí lokalita, kde nebyla v období od 1. ledna 1995 včetně připojena výrobna elektřiny k přenosové nebo distribuční soustavě. (1.6.4.) Rekonstruovanou malou vodní elektrárnou podle bodu (1. 6.) se rozumí stávající výrobna elektřiny, na které byla po 13. srpnu 2002 provedena a dokončena rekonstrukce nebo modernizace zařízení výrobny elektřiny zvyšující technickou, provozní, bezpečnostní a ekologickou úroveň zařízení na úroveň srovnatelnou s nově zřizovanými výrobnami elektřiny. Za takovou rekonstrukci nebo modernizaci zařízení se považuje: a) výměna nebo generální oprava turbíny; b) výměna nebo převinutí generátoru; c) oprava elektročásti spočívající v zabránění působení zpětných vlivů na síť a vyhovující ČSN EN 50160; d) výměna regulačních zařízení; e) výměna nebo instalace nového automatizovaného systému řízení. Rekonstrukce nebo modernizace zařízení výrobny elektřiny je dokončena provedením všech prací uvedených pod písmeny a) až e), přičemž jednotlivé výrobní technologické celky, kterými 53 (75)

je nahrazeno stávající zařízení, nesmí být ke dni ukončení rekonstrukce nebo modernizace starší než 5 let. (1.6.5.) Malou vodní elektrárnou uvedenou do provozu od 1. ledna 2005 se rozumí taková malá vodní elektrárna, která byla poprvé uvedena do provozu po 1. lednu 2005 včetně, 10) ČSN 75 0120.6 přičemž v okamžiku uvedení do provozu nebyly žádné technologické výrobní celky malé vodní elektrárny starší 5 let. Malou vodní elektrárnou uvedenou do provozu v nové lokalitě se rozumí taková malá vodní elektrárna, jejíž jednotlivé technologické výrobní celky nebyly v okamžiku uvedení malé vodní elektrárny do provozu v nové lokalitě starší 5 let. V případě, že u malých vodních elektráren uvedených do provozu od 1. ledna 2005 budou využity technologické výrobní celky starší 5 let, spadají tyto zdroje do kategorie malých vodních elektráren uvedených do provozu do 31. prosince 2004.

PŘÍJMY Z VÝROBY ENERGIE A BUDOUCÍ REŽIM PRŮTOKŮ

7.4

Protože skutečnou výrobu elektrické energie v MVE, která závisí na budoucích průtokových poměrech v profilu odběrného objektu, nelze vypočítat, předpokládá se při ekonomickém vyhodnocení, že výnosy z prodeje elektrické energie jsou konstantní po celou dobu životnosti MVE. Výnosy se počítají z průměrné roční výroby, ať už z řady odvozených denních průtoků v průměrném roce, určeném z dlouhodobé řady pozorování, nebo z čáry překročení průtoků k profilu odběrného objektu MVE. Nejistota, týkající se budoucího režimu průtoků a tím i budoucí výroby elektrické energie v MVE se pokládá za hydrologické riziko, které, vzhledem k současným klimatickým změnám i předpokládanému budoucímu trendu nabývá na aktuálnosti. Toto riziko může být vyjádřeno např. jako pravděpodobnost budoucího výskytu období suchých let, nebo let s objemem ročního průtoku pod určitou hranicí.

EKONOMICKÁ ANALÝZA – ZÁKLADNÍ POJMY

7.5

V úvodu ekonomického hodnocení bude pro přibližný odhad ekonomické efektivnosti provedena analýza přínosů a nákladů. Analýza je kalkulována jako bezrozměrný podíl 𝐵 𝐶 kde: B C

tržby (benefits) v tis. Kč provozní náklady (costs) v tis. Kč

Za ekonomicky efektivní lze považovat pouze ty případy, kdy poměr přínosů a nákladů B/C je vyšší než 1. Pro podrobnější hodnocení ekonomické efektivnosti bude použita dynamická finanční analýza. Dynamická finanční analýza investice spočívá ve: 

stanovení budoucích peněžních toků (cash flow, dále CF),



zohlednění časové hodnoty peněz budoucích peněžních toků diskontováním k počátečnímu roku projektu,



výpočtu zvolených ukazatelů finanční analýzy z vypočtených budoucích peněžních toků. 54 (75)

Peněžním tokem se rozumí přírůstek nebo úbytek peněžních prostředků za určité období. Jedná se o prostý součet příjmů a všech výdajů (včetně investičních): n

CFn =

 příjmy , výdaje 0

Rozhodujícími bilančními položkami v rámci projektů z oblasti malých vodních elektráren jsou: 1.

investiční náklady - přímé výdaje na pořízení investice MVE

2.

výdaje na provoz - provozní náklady (náklady na údržbu a opravy, přímé materiálové náklady, personální náklady, odpisy)

3.

příjmy – výnosy ve formě tržeb za elektrickou energii

Při kalkulaci investičních nákladů je třeba rovněž pamatovat na to, že část investic je třeba pravidelně obnovovat (reinvestovat). U investic typu MVE se jedná zejména o měřící, automatizační a regulační zařízení, soustrojí a podobně. Časová hodnota peněz je v dynamické finanční analýze zohledněna diskontováním všech peněžních toků k nultému roku projektu. Diskontování (odúročení) se provádí podle vzorce: n

n

0

0

 SH  

BH k (1  i ) k

kde je: SH BH i n k

současná hodnota CF budoucí hodnota CF diskontní sazba počet období konkrétní období

Jako kriteria finanční analýzy je obvykle použita Čistá současná hodnota (NPV), Vnitřní výnosová míra (IRR) a doba návratnosti vložených investičních prostředků. Čistá současná hodnota Čistá současná hodnota (net present value) NPV je kalkulována jako současná hodnota všech (minulých, současných a budoucích) peněžních toků projektu, diskontovaných k roku 0 projektu diskontní sazbou (obvykle 5%). Nezáporná velikost čisté současné hodnoty toku hotovosti po zdanění za celou dobu životnosti výroben elektřiny, při využití diskontní míry ve výši průměrného váženého nákaldu kapitálu je předpokladem pro zajištění patnáctileté doby návratnosti investic při uplatnění podpory výkupními cenami za elektřinu vyrobenou z obnovitelných zdrojů. NPV lze rovněž definovat jako sumu diskontovaných peněžních toků v průběhu doby hodnocení projektu: tN

NPV   t 0

NCFn (1  i ) t

kde je: i

diskontní sazba

N

doba zkoumání (životnosti) projektu

55 (75)

NCFn

roční čisté cash-flow v jednotlivých letech projektu

Projekt je považován za udržitelný a přínosný, jestliže je NPV >0. Vnitřní výnosová míra Vnitřní výnosová míra (internal rate of return) IRR je charakterizována jako diskontní sazba, při níž je současná hodnota budoucích peněžních toků rovna nule: tN

NCFn

 (1  i ) t 0

t

0

kde je: i

IRR

N

doba zkoumání (životnosti) projektu

NCFn

roční čisté cash-flow v jednotlivých letech projektu

Projekt je považován za udržitelný a přínosný jestliže IRR > úrokové sazby (např. PRIBOR). Matematicky jde o řešení soustavy rovnic vyššího řádu, při kterých je úroková míra čisté současné hodnoty výdajů a příjmů rovna nule. Doba návratnosti Doba návratnosti (payback period) PBP může být kalkulována jako statická nebo dynamická. Doba návratnosti investičních prostředků je čas, při kterém součet cash-flow (tzv. kumulativní cash-flow) dosáhne kladných hodnot (CF> 0).

56 (75)

ANALÝZA CITLIVOSTI

7.6

Projekty malých vodních elektráren jsou obvykle charakterizovány nejistotou v odhadech investičních nákladů, budoucích ročních nákladů, budoucí výroby a ceny elektrické energie. Analýza citlivosti by proto měla být provedena s cílem analyzovat schopnost odezvy projektu na různé scénáře. Obvyklé posuzované scénáře jsou následující: zvýšení investičních nákladů a zachování nebo snížení příjmů, nebo, v případě, že odhady nákladů jsou považovány za dostatečně přesné, zachování investičních nákladů a snížení příjmů. Při analýze citlivosti se obvykle uvažují odchylky od ± 10% do ± 20%. Pokud jde o diskontní sazbu, měly by se posoudit nejméně dvě hodnoty kolem nejpravděpodobnější diskontní sazby: hodnota pesimistická vyšší než očekávaná diskontní sazba a jedna optimistická, nižší než očekávaná diskontní sazba. Příklad, uvedený v příloze 4 demonstruje důležitost analýzy citlivosti výsledků ekonomického hodnocení na změny hlavních parametrů MVE, zejména:    

Výši roční výroby energie Jednotkové ceně za prodej elektrické energie Výši investičních nákladů Výši úroků z bankovního úvěru.

57 (75)

8 ZÁVĚR Předkládaná metodika stručně popisuje postup přípravy malých vodních elektráren, zásady návrhu, zdůrazňuje některé aspekty návrhu MVE, popisuje metody odhadu nákladů v počátečních fázích přípravy a popisuje metody a postupy ekonomického hodnocení v jednotlivých fázích přípravy a zpracování projektu. Zvláštní pozornost je v metodice věnována zásadám navrhování MVE na malých, středních a velkých tocích s ohledem na zachování ekologické rovnováhy toku a minimálních zůstatkových průtoků v podmínkách České republiky. Metodika je, v návaznosti na mapu znázorňující současný stav využití hydroenergetického potenciálu MVE a disponibilní potenciál toků, určena především začínajícím investorům a zájemcům o výstavbu MVE, kapitoly, pojednávající o ekologické rovnováze toků a minimálních zůstatkových průtocích pak pracovníkům vodoprávních úřadů a ochrany přírody s cílem získat základní přehled a orientaci v problematice přípravy a navrhování malých vodních elektráren. Tato metodika si neklade za cíl sloužit jako podrobný manuál pro návrh jednotlivých objektů MVE a jejich technologického vybavení. Jedná se o velmi širokou problematiku, jednotlivým aspektům se věnuje řada odborných publikací, knih a vysokoškolských skript, které nelze shrnout do podrobného manuálu. Hodnocení ekonomické efektivnosti je doplněno konkrétními příklady ekonomického hodnocení a finanční analýzy z praxe v jednotlivých fázích přípravy investice. Pokud jde o tabelární uspořádání výsledků ekonomické analýzy, nejedná se o předepsanou, neměnnou úpravu tabulek a výsledky hodnocení je třeba upravit vždy podle konkrétního projektu a požadavků investorů. Uvedená metodika by měla sloužit pro základní orientaci investorů, pracovníků vodoprávních úřadů a orgánů ochrany přírody při přípravě a realizaci projektů malých vodních elektráren.

58 (75)

9 POUŽITÁ LITERATURA                             

Holata M. - Malé vodní elektrárny projektování a provoz, Academia Praha 2002 Štoll, Kratochvíl, Holata – Využití vodní energie, SNTL Praha 1977 ČSN 75 0120 – Vodní hospodářství – Terminologie hydrotechniky ČSN 75 2601 – Malé vodní elektrárny – základní požadavky Hes St. – Hydroenergetické využití velmi malých spádů v závislosti na ekonomické efektivitě – ČVUT, fakulta elektrotechnická, katedra elektroenergetiky Vintr M. – Malé vodní elektrárny kašnového typu, VUT Brno, fakulta strojního inženýrství, 2009 Mastný P. - Malé zdroje elektrické energie – Vodní energie, UEEN VUT FEKT v Brně Gordon J. L. – Hydraulic turbine efficiency – Can. J. Civ. Eng. 28, 2001 Gordon J. L. – Turbine selection for small low-head hydro developments - conference workshop “INNOVATIVE SMALL HYDRO TECHNOLOGIES“ 2003 IEA – INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, Computerized tools for preliminary design, assessment and equipment selection, 2008 CH2OICE Project - Review of best practices/guidelines for compensation measures for hydropower generation facilities ALPINE CONVENTION PLATFORM WATER MANAGEMENT IN THE ALPS – Common guidelines for the use of small hydropower in the Alpine region Tuhtan J. A. - Cost optimization of small hydropower, Universität Stuttgart 2007 European Small Hydropower Association - Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant, 2004 Ramos H., Almeida A. B., Portela M. M., Almeida H. P. - Guideline for Design of SMALL HYDROPOWER PLANTS, WREAN (Western Regional Energy Agency & Network) and DED (Department of Economic Development), Belfast, North Ireland, 2000. Guidelines on the Planning, Design, Construction & Operation of Small-Scale HydroElectric Schemes and Fisheries, Central Fisheries Board, Swords Business Campus, Swords Co. Dublin, 2007. AHEC/MNRE/SHP Standards/ Civil Works - Guidelines For Hydraulic Design Of Small Hydro Plants, May 2011 International Hydropower Association IHA – Sustainability Guidelines, 2004 International Hydropower Association IHA - Sustainability Assessment Protocol, 2006 DEPARTMENT OF ENERGY ENERGY UTILIZATION MANAGEMENT BUREAU Manuals and Guidelines for Micro-hydropower Development in Rural Electrification, 2009 Voros N. G., Kiranoudis C. T., Maroulis Z. B. - Short-cut design of small hydroelectric plants – Renewable Energy, 1999 Wilson M. E. - Assessment Methods for Smal-hydro Projects, International Hydropower Association IHA, 2000 Bollaert E. - Standardization of civil engineering works of small hydropower plants, lessons in Porto, 2004 Andaroodi M. - Standardization of civil engineering works of small high-head hydropower plants and development of an optimization tool - Laboratoire de Constructions Hydrauliques Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2006 Punys P., Dumbrauskas A., Kvaracieus A., Vyciene G. - Tools for Small Hydropower Plant Resource Planning and Development: A Review of Technology and Applications, Energies 2011 Gordon J. L., Noel C. R., The economic limits of small and low-head hydro - Water Power and Dam Construction V. 38, 1986 Aggidis G. A., Luchinskaya E., Rotschild R., Howard D. C. – Estimating the costs of smallscale hydropower for the processing of world hydro development, Hydro 2008 Alvarado-Ancieta C., A. – Estimating E&M powerhouse costs, Water Power and Dam Construction V. 61, 2009 studie Evropské komise - "Externalities of Energy - Volume 6 Wind and Hydro" EUR 16525 EN 59 (75)

      

Pauwels H., DG Tren – Specific cost of installed capacity, THERIE 1984 – 1997, konference HIDROENERGIA'97 „Scientific and Technological References Energy Technology Indicators“ v rámci informačního systému CORDIS EU, 2002 Projekt Evropské Unie „Scientific Reference System on New Energy Technologies, Energy End-use Efficiency and Energy RTD”, ukončený v roce 2008 Externalities of Energy - Volume 6 Wind and Hydro" EUR 16525 EN Příklady ekonomické analýzy z projektů, zpracovaných firmou Sweco – Hydroprojekt a.s. Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. 4/2013 ze dne 27. listopadu 2013, kterým se stanovuje podpora pro podporované zdroje energie. Studie využitelnosti „volných profilů“ Povodí Vltavy, státní podnik pro stavbu MVE (SWECO Hydroprojekt 04/2013)

60 (75)

10 PŘÍLOHY

61 (75)

PŘÍLOHA 1 – PŘÍKLAD VÝPOČTU PRŮMĚRNÉ ROČNÍ VÝROBY MVE Liběchov (jez Dolní Beřkovice) - výpočet roční výroby Hydrostatický (hrubý) spád: Návrhová hltnost elektrárny: Počet turbosoustrojí: Průtok rybím přechodem:

průtok dní v roce

365 360 355 350 345 340 335 330 325 320 315 310 305 300 295 290 285 280 275 270 265 260 255 250 245 240 235 230 225 220 215 210 205 200 195 190 185 180 175 170 165 160 155 150 145 140 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

2,45 259,8 6 2,2

průtok řekou

průtok turbinami

počet turbin v provozu

průtok jednou turbinou

m3/s

m3/s

ks

m3/s

37,5 43,5 50,0 53,5 57,5 61,5 65,5 68,5 71,5 74,5 77,5 80,5 83,5 86,5 89,5 92,5 95,5 98,5 101,5 104,5 107,5 110,5 114,0 117,5 121,0 124,5 128,0 131,5 135,0 138,5 142,5 146,5 150,5 154,5 159,0 163,5 168,0 172,5 177,5 182,5 188,0 193,5 199,0 204,5 210,5 217,0 223,5 230,5 238,0 245,5 253,5 262,0 271,0 280,5 290,5 301,5 313,5 326,5 340,5 355,5 371,5 388,5 407,5 429,5 453,5 483,5 518,5 562,5

35,3 41,3 47,8 51,3 55,3 59,3 63,3 66,3 69,3 72,3 75,3 78,3 81,3 84,3 87,3 90,3 93,3 96,3 99,3 102,3 105,3 108,3 111,8 115,3 118,8 122,3 125,8 129,3 132,8 136,3 140,3 144,3 148,3 152,3 156,8 161,3 165,8 170,3 175,3 180,3 185,8 191,3 196,8 202,3 208,3 214,8 221,3 228,3 235,8 243,3 251,3 259,8 268,8 278,3 288,3 299,3 311,3 324,3 338,3 353,3 369,3 386,3 405,3 427,3 451,3 481,3 516,3 560,3

2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

Jmenovitá hltnost turbiny: 43,3 m3/s Spád při jmenovité hltnosti: 1,85 m Průměrný průtok řekou: 250,0 m3/s Instalovaný výkon elektrárny: 6x 680 kW tj.: 4 080 kW při účiníku 0,85 jsou navrhovány stroje 800 kVA

m m3/s ks m3/s

17,65 20,65 23,90 25,65 27,65 29,65 31,65 33,15 23,10 24,10 25,10 26,10 27,10 28,10 29,10 30,10 31,10 32,10 33,10 34,10 35,10 36,10 27,95 28,83 29,70 30,58 31,45 32,33 33,20 34,08 35,08 36,08 37,08 38,08 39,20 32,26 33,16 34,06 35,06 36,06 37,16 38,26 39,36 40,46 41,66 35,80 36,88 38,05 39,30 40,55 41,88 43,30 42,83 41,91 40,55 39,01 37,11 35,11 33,02 30,88 28,54 26,07 23,40 20,74 18,05 15,32 12,75 10,34

statický ztráta ztráta (hrubý) spádu spádu spád na česlích od dolní vody m m m 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45

0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,05 0,06 0,03 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,08 0,09 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40 0,41 0,42 0,43 0,44 0,45 0,46 0,47 0,48 0,49 0,50 0,51 0,53 0,55 0,57 0,59 0,61 0,63 0,65 0,67 0,70 0,73 0,76 0,79 0,82 0,86 0,90 0,94

čistý spád bloku m 2,43 2,42 2,40 2,39 2,37 2,35 2,34 2,32 2,34 2,33 2,32 2,31 2,29 2,28 2,26 2,25 2,24 2,22 2,21 2,19 2,18 2,16 2,19 2,17 2,16 2,15 2,14 2,12 2,11 2,09 2,08 2,06 2,05 2,04 2,02 2,04 2,03 2,01 2,00 1,98 1,97 1,96 1,94 1,93 1,92 1,92 1,91 1,90 1,88 1,87 1,86 1,85 1,83 1,81 1,79 1,78 1,76 1,75 1,74 1,73 1,71 1,69 1,66 1,64 1,61 1,57 1,54 1,50

účinnost turbíny

Maximální provozní spád: Minimální provozní spád: Minimální spád pro start: Maximální výkon elektrárny:

účinnost účinnost celková převodu generátoru účinnost

%

%

%

%

73,0% 78,0% 83,0% 85,0% 86,0% 87,0% 88,0% 88,5% 82,0% 83,0% 84,0% 85,0% 86,0% 86,5% 87,0% 88,0% 88,0% 88,0% 88,5% 89,0% 89,0% 89,0% 87,0% 87,5% 87,5% 88,0% 88,0% 88,0% 88,5% 89,0% 89,0% 89,5% 90,0% 90,0% 90,5% 88,0% 88,5% 89,0% 89,0% 89,0% 90,0% 90,5% 91,0% 91,0% 91,5% 89,0% 89,5% 90,0% 90,5% 91,0% 91,5% 92,0% 92,0% 91,7% 91,2% 90,6% 89,8% 89,0% 88,5% 88,0% 87,0% 85,0% 82,0% 78,0% 73,0% 67,0% 60,0% 52,0%

98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0% 98,0%

96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0% 96,0%

68,7% 73,4% 78,1% 80,0% 80,9% 81,8% 82,8% 83,3% 77,1% 78,1% 79,0% 80,0% 80,9% 81,4% 81,8% 82,8% 82,8% 82,8% 83,3% 83,7% 83,7% 83,7% 81,8% 82,3% 82,3% 82,8% 82,8% 82,8% 83,3% 83,7% 83,7% 84,2% 84,7% 84,7% 85,1% 82,8% 83,3% 83,7% 83,7% 83,7% 84,7% 85,1% 85,6% 85,6% 86,1% 83,7% 84,2% 84,7% 85,1% 85,6% 86,1% 86,6% 86,6% 86,3% 85,8% 85,2% 84,5% 83,7% 83,3% 82,8% 81,8% 80,0% 77,1% 73,4% 68,7% 63,0% 56,4% 48,9%

2,43 1,50 1,50 4023,9

výkon výkon účinnost jednoho bloků traforů bloku v provozu kW 289,0 359,7 439,4 480,9 520,1 559,5 601,5 628,2 409,1 430,1 451,4 473,0 492,6 511,5 528,1 550,0 565,8 578,8 597,5 613,4 628,5 640,5 491,5 505,1 518,1 533,9 546,6 556,6 572,2 585,0 599,3 613,9 631,3 645,2 661,4 534,5 549,8 562,3 576,0 586,5 608,1 626,3 641,3 655,8 675,5 564,6 581,9 600,5 617,1 636,9 657,9 680,2 665,5 641,9 610,9 580,7 541,4 504,7 469,3 433,9 391,9 345,7 293,9 244,9 195,8 148,7 108,7 74,4

m m m kW

výkon celé elny

výroba elny v čase MWh

kW

%

kW

577,9 719,5 878,8 961,8 1040,3 1118,9 1203,0 1256,4 1227,2 1290,4 1354,3 1418,9 1477,7 1534,4 1584,2 1650,1 1697,4 1736,3 1792,5 1840,2 1885,6 1921,5 1965,9 2020,5 2072,3 2135,6 2186,5 2226,3 2288,7 2339,9 2397,1 2455,4 2525,2 2580,7 2645,5 2672,5 2749,1 2811,7 2879,8 2932,4 3040,3 3131,7 3206,5 3279,1 3377,4 3387,6 3491,4 3603,0 3702,7 3821,1 3947,2 4081,0 3993,2 3851,6 3665,4 3483,9 3248,3 3028,0 2815,8 2603,2 2351,4 2074,1 1763,5 1469,2 1174,7 892,2 652,4 446,6

98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6% 98,6%

569,8 709,4 866,5 948,4 1025,7 1103,3 1186,2 1238,8 1210,1 1272,4 1335,4 1399,1 1457,0 1512,9 1562,0 1627,0 1673,6 1712,0 1767,4 1814,5 1859,2 1894,6 1938,4 1992,2 2043,2 2105,7 2155,9 2195,1 2256,7 2307,1 2363,5 2421,0 2489,9 2544,6 2608,5 2635,1 2710,6 2772,3 2839,5 2891,3 2997,8 3087,9 3161,6 3233,2 3330,1 3340,2 3442,6 3552,6 3650,8 3767,6 3892,0 4023,9 3937,3 3797,7 3614,1 3435,2 3202,8 2985,6 2776,4 2566,8 2318,4 2045,0 1738,8 1448,6 1158,3 879,8 643,3 440,3

76,8 94,6 108,9 118,4 127,7 137,4 145,5 146,9 148,9 156,5 164,1 171,4 178,2 184,5 191,3 198,0 203,1 208,8 214,9 220,4 225,2 230,0 235,8 242,1 248,9 255,7 261,1 267,1 273,8 280,2 287,1 294,7 302,1 309,2 314,6 320,7 329,0 336,7 343,8 353,3 365,1 375,0 383,7 393,8 400,2 407,0 419,7 432,2 445,1 459,6 474,9 477,7 464,1 444,7 423,0 398,3 371,3 345,7 320,6 293,1 261,8 227,0 191,2 156,4 122,3 91,4 65,0

propočtová roční výroba (MWh) 18 117,5 Propočtová roční výroba při stávajícím manipulačním řádu, tj. horní voda na úrovni 155,50 bez využití tolerance horní hladiny (hrubý spád 2,40 m): 17 621,5 MWh Propočtová roční výroba při stávajícím manipulačním řádu, tj. horní voda na úrovni 155,65 (využití tolerance horní hladiny o + 0,15 m, tj. hrubý spád 2,55 m): 19 111,7 MWh střední hodnota: 18 366,6 MWh Pro další výpočty je uvažováno s roční výrobou elektrárny provozované při hrubém spádu 2,45 m, což je využití pouze 1/3 dovolené kladné tolerance úrovně horní hladiny. Skutečností však zůstává, že optimalizací zatížení jednotlivých strojů v provozu, kdy vyjma jednoho budou ostatní provozovány s maximální dosažitelnou účinností, bude vylepšena celková účinnost v řádu jednotek procent, což se projeví navýšením výroby. Toto bude úkolem řídícího počítače elektrárny.

62 (75)

PŘÍLOHA 2 – PŘÍKLAD VÝSTUPŮ ZE SIMULAČNÍHO MODELU

Proposed case power system

Incremental initial costs

Technology

Hydro turbine

Analysis type Hydro turbine Resource assessment Proposed project Hydrology method Gross head Maximum tailwater effect Residual flow Percent time firm flow available Firm flow Hydro turbine Design flow Type Turbine efficiency Number of turbines Manufacturer Model Design coefficient Efficiency adjustment Turbine peak efficiency Flow at peak efficiency Turbine efficiency at design flow

Maximum hydraulic losses Miscellaneous losses Generator efficiency Availability Summary Power capacity Available flow adjustment factor Capacity factor Electricity delivered to load Electricity exported to grid Electricity export rate

 Method 1  Method 2

m m m³/s % m³/s

m³/s

Run-of-river User-defined 150,0 1,00 0,080 100,0% 1,40

2,000 Francis Standard 1

% % m³/s %

4,5 0,0% 92,2% 1,6 88,9%

% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%

Flow m³/s 33,00 14,50 6,20 3,10 2,20 1,76 1,68 1,67 1,66 1,65 1,64 1,63 1,62 1,60 1,59 1,59 1,58 1,57 1,56 1,53 1,48

% % % %

5,0% 6,0% 97,0% 94,0%

kW % MWh MWh

2 267 1,00 80,5% 0 15 980

$/MWh

100,00

$

10 000 000 See product database

Show figure

Turbine efficiency 0,00 0,00 0,34 0,52 0,61 0,65 0,68 0,69 0,70 0,71 0,71 0,72 0,73 0,74 0,74 0,75 0,76 0,77 0,77 0,78 0,79

Turbine efficiency 0,00 0,00 0,14 0,29 0,42 0,53 0,63 0,71 0,77 0,82 0,86 0,88 0,90 0,91 0,92 0,92 0,92 0,92 0,91 0,90 0,89

Number of turbines 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Combined efficiency 0,00 0,00 0,14 0,29 0,42 0,53 0,63 0,71 0,77 0,82 0,86 0,88 0,90 0,91 0,92 0,92 0,92 0,92 0,91 0,90 0,89

Show figure

Firm 1 685

63 (75)

Settings       

 Ground heat exchanger  Heat rate  Heating value & fuel rate  Hydro formula costing method  Landfill gas  Unit conversion  User-defined fuel

As fired fuel Biogas Building envelope properties Appliances & equipment Electricity rate - monthly Electricity rate - time of use GHG equivalence

      

User-defined fuel - gas User-defined fuel - solid Water & steam Water pumping Window properties Custom 1 Custom 2

Hydro formula costing method Country Cold climate Frost days at site Design flow Gross head Number of turbines Type Flow per turbine Turbine runner diameter per unit Facility type Existing dam New dam crest length Rock at dam site Maximum hydraulic losses Miscellaneous losses  Road construction Length Tote road only Difficulty of terrain  Tunnel Length Allowable tunnel headloss factor Percent length of tunnel that is lined Excavation method Diameter  Canal Length in rock Terrain side slope in rock (average) Length in impervious soil Terrain side slope in soil (average) Total canal headloss  Penstock Length Number Allowable penstock headloss factor Diameter Average pipe wall thickness Distance to borrow pits Transmission line Grid type Length Difficulty of terrain Voltage

Initial costs (credits) Feasibility study Development Engineering Power system Hydro turbine Road construction Transmission line Substation Balance of system & miscellaneous Penstock Canal Tunnel Other Subtotal: Total initial costs

yes/no day m³/s m turbine m³/s m yes/no m yes/no % %

Canada Yes 195 2 150 1 Francis 2,00 0,66 Mini Yes 25 Yes 5,0% 1,0%

km yes/no

15,0 Yes 1,0

m % % m

1 700 3,0% 100% Hand-built 2,40

m ˚ m ˚ m

50 30 0 0 0,1

m penstock % m mm km

250,0 1 1,0% 0,98 6,97 4,0

km kV Amount $ 312 000 375 000 226 000

Central-grid 20,0 1,0 25,0 Adjustment factor 1,00 1,00 1,00

See maps 2 150 1 Francis

Mini

5,0%

Central-grid

Amount $ 312 000 375 000 226 000

Relative costs 3,1% 3,7% 2,2%

1 018 000 93 000 521 000 46 000

1,00 1,00 1,00 1,00

1 018 000 93 000 521 000 46 000

10,1% 0,9% 5,2% 0,5%

282 000 99 000 6 166 000 932 000 7 479 000 10 070 000

1,00 1,00 1,00 1,00

282 000 99 000 6 166 000 932 000 7 479 000 10 070 000

2,8% 1,0% 61,2% 9,3% 100,0%

Emission Analysis

Fuel type All types

GHG emission factor (excl. T&D) tCO2/MWh 0,186

T&D losses % 5,0%

GHG emission factor tCO2/MWh 0,196

Electricity exported to grid

MWh

15 980

T&D losses

2,0%

GHG emission Base case Proposed case Gross annual GHG emission reduction GHG credits transaction fee Net annual GHG emission reduction

tCO2 tCO2 tCO2 % tCO2

3 135,6 62,7 3 072,9 0,0% 3 072,9

is equivalent to

563

$/tCO2

0,00

Base case electricity system (Baseline) Country - region Canada

GHG reduction income GHG reduction credit rate

Cars & light trucks not used

64 (75)

65 (75)

PŘÍLOHA 3 - PŘÍKLAD ANALÝZY CASH FLOW VE FÁZI STUDIE PROVEDITELNOSTI Bylo provedeno ekonomické vyhodnocení rekonstrukce MVE se započtením zbytkové hodnoty stavební a technologické části MVE a nákladů na opravu jezu. Výchozí předpoklady: Průměrná dodávka elektrické energie za rok dle studie ............................................... 1 037 MWh Výkupní cena energie za 1,0 kWh..................................................................................... 2,567 Kč Vlastní ztráty energie .................................................................................................................. 2% Roční provozní náklady stanoveny jako aritmetický průměr z let 2001 – 2010 dle údajů provozovatele se zaokrouhlením ve výši ....................................................... 590 000 Kč Odpisy stanoveny jako aritmetický průměr z let 2001 – 2010 dle údajů provozovatele se zaokrouhlením ve výši ...................................................................... 548 000 Kč Vzhledem k tomu, že je hodnocen hrubý zisk před zdaněním, nejsou odpisy do ekonomického hodnocení zahrnuty Zbytková hodnota stavební a technologické části MVE ........................................... 17 790 900 Kč Orientační náklady na generální opravu MVE ........................................................... 3 500 000 Kč Orientační náklady na reinvestici do technologické části MVE prováděné vždy po 10 letech provozu ....................................................................... 2 500 000 Kč Orientační náklady na opravu jezu – sanaci betonů .................................................. 2 000 000 Kč Odhad nákladů na opravu a doplnění rozrážečů vakového jezu .................................... 50 000 Kč Vlastní zdroje ................................................................ zahrnuty do cash - flow a nediskontovány Hodnocení provedeno pro ............................................................................... 25 let provozu MVE Navýšení cen elektrické energie v dalších letech ..................................................... se neuvažuje Míra inflace ................................................................................................................ se neuvažuje Diskontní sazba .......................................................................................................................... 5% Úvěr ....................................... s dobou splatnosti 8 let, úrokovou mírou 8%, anuitní splátky úvěru Doba GO ........................................................................................................................... 6 měsíců Analýza cash flow je provedena v Microsoft Excel s využitím běžně dostupných funkcí a vzorců. Příklad výsledků analýzy cash flow je uveden v následujících tabulkách.

66 (75)

EKONOMICKÉ VYHODNOCENÍ Lokalita VE: Typ turbíny:

Kaplanova přímoproudá bloková s převodem na generátor

Počet turbín:

2

Včetně opravy jezu, s kalkulací zbytkové hodnoty MVE, odpisy Varianta 4: nezahrnuty do kalkulace cashflow,bankovní úvěr 70%

ODHAD NÁKLADŮ NA GENERÁLNÍ OPRAVU MVE Oprava jezu - sanace betonů Oprava a doplnění rozražečů vakového jezu (odhad) Zbytková hodnota stavební a technologické části MVE Generální oprava technologie

2 000 000 Kč 50 000 Kč 17 800 000 Kč 3 500 000 Kč

NÁKLADY CELKEM

23 350 000 Kč

EKONOMICKÉ PARAMETRY Posuzovaná doba provozu pro cash-flow roků Průměrná roční výroba el. energie Er

25

k Wh

1 037 000

Roční tržba za vyrobenou elektrickou energii C r /Kč/ kde Ce je výkupní cena za el. energii dodanou do sítě (Kč/kWh) Ztráty energie Z (trafo a vlastní spotřeba) 2%

2,567

Roční tržba za vyrobenou elektrickou energii C r =

2 608 739 Kč

Ce * Er*(1-Z) Zvyšování ceny elektrické energie

ročně

0%

Roční náklady na provoz N pr /Kč/ zaok rouleno na tis. Kč Spotřeba materiálu a energie Opravy a údržba technologické části Služby Osobní náklady Ostatní náklady Roční náklady celkem Odpisy /Kč/ Běžné odpisy (stanoveny zaokrouhlením na tis. Kč) Odpisy GO technologie Odpisy z opravy jezu Odpisy reinvestice

dle údajů

64 000 Kč 250 000 Kč 88 000 Kč 183 000 Kč 5 000 Kč 590 000 Kč

provozovatele se

548 000 Kč

10%

350 000 Kč 82 000 Kč

10%

Roční odpisy celkem

980 000 Kč

Celkové roční náklady na provoz

590 000 Kč

Náklady na generální opravy technologie Reinvestice celkem Periodicky po: Průměrně ročně Hrubý roční zisk Z r /Kč/ Zr = Cr - Npr - Ngo

2 500 000 Kč 10 letech provozu 250 000 Kč 1 768 739 Kč

Návratnost nákladů hrubým ziskem T z /roky/

13,2

OPTIMALIZAČNÍ KRITÉRIA Zisk / návratnost K1 (mil Kč) Zisk * (životnost-návratnost) K2 (mil.Kč) Roční zisk / roční nák lady na provoz bez odpisů K3

0,13 20,9 3,0

DYNAMICKÁ FINANČNÍ ANALÝZA Předpoklady: Vlastní zdroje zahrnuty do cash - flow a nediskontovány Dotace nezahrnuty do cash - flow Hodnocení provedeno pro 25 let provozu VE Navýšení cen elektrické energie v dalších letech % Míra inflace % měna diskontní sazba Úvěr: doba splatnosti (let) úroková míra anuitní splátky úvěru umořovatel

neuvažuje se neuvažuje se Kč 5% 8 8% 0,1740

67 (75)

Od uvedení do provozu diskontní faktor

0 1,0000

1 0,9524

2 0,9070

3 0,8638

4 0,8227

5 0,7835

6 0,7462

7 0,7107

8 0,6768

9 0,6446

10 0,6139

11 0,5847

12 0,5568

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2 500 000 2 500 000

0

0

22 754 170

2 844 271

2 844 271

2 844 271

2 844 271

2 844 271

2 844 271

2 844 271

2 844 271

64 000 250 000 88 000 183 000 5 000 590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

Celkem

Investiční náklady Oprava jezu - sanace betonů Oprava a doplnění rozražečů vakového jezu (odhad) Zbytková hodnota stavební a technologické části MVE Generální oprava technologie Reinvestice do technologické části MVE Investiční náklady celkem Financování stavby: Vlastní zdroje Dotace Úvěr Celkem Anuitní splátky úvěru včetně úroků Provozní náklady: Spotřeba materiálu a energie Opravy a údržba technologické části Služby Osobní náklady Ostatní náklady Provozní náklady celkem

2 000 000 50 000 17 800 000 3 500 000 IN

28 350 000

23 350 000

30% 0% 70%

7 005 000 0 16 345 000 23 350 000

7 005 000 0 16 345 000 23 350 000

Odpisy Běžné odpisy (stanoveny dle údajů provozovatele se zaokrouhlením na tis. Kč) Odpisy GO technologie Odpisy z opravy jezu Odpisy reinvestice Odpisy celkem Celkové roční náklady NPV celkových nákladů

49 509 170 36 180 564

7 005 000 7 005 000

3 434 271 3 270 735

3 434 271 3 114 985

3 434 271 2 966 653

3 434 271 2 825 383

3 434 271 2 690 841

3 434 271 2 562 706

3 434 271 2 440 672

3 434 271 2 324 450

590 000 380 319

3 090 000 1 896 992

590 000 344 961

590 000 328 534

Roční tržba za vyrobenou elektrickou energii NPV přínosů

66 522 855 38 071 798

1 304 370 1 304 370

2 608 739 2 484 514

2 608 739 2 366 204

2 608 739 2 253 527

2 608 739 2 146 216

2 608 739 2 044 016

2 608 739 1 946 682

2 608 739 1 853 982

2 608 739 1 765 698

2 608 739 1 681 617

2 608 739 1 601 540

2 608 739 1 525 276

2 608 739 1 452 644

-5 700 630 -5 700 630 -5 700 630 -5 700 630

-825 532 -786 221 -6 526 162 -6 486 851

-825 532 -748 782 -7 351 694 -7 235 633

-825 532 -713 125 -8 177 226 -7 948 758

-825 532 -679 167 -9 002 758 -8 627 925

-825 532 -646 826 -9 828 289 -9 274 751

-825 532 -616 025 -10 653 821 -9 890 776

-825 532 -586 690 -11 479 353 -10 477 466

-825 532 -558 752 -12 304 885 -11 036 218

2 018 739 1 301 297 -10 286 146 -9 734 921

-481 261 -295 452 -10 767 406 -10 030 373

2 018 739 1 180 315 -8 748 667 -8 850 058

2 018 739 1 124 110 -6 729 927 -7 725 948

Cash Cash Cash Cash

- flow - flow diskontované - flow kumulované - flow diskontované kumulované

Sweco Hydroprojekt a.s.

68 (75)

Od uvedení do provozu diskontní faktor

13 0,5303

14 0,5051

15 0,4810

16 0,4581

17 0,4363

18 0,4155

19 0,3957

20 0,3769

21 0,3589

22 0,3418

23 0,3256

24 0,3101

25 0,2953

0

0

0

0

0

0

0

2 500 000 2 500 000

0

0

0

0

0

64 000 250 000 88 000 183 000 5 000 590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

590 000

Celkové roční náklady NPV celkových nákladů

49 509 170 36 180 564

590 000 312 890

590 000 297 990

590 000 283 800

590 000 270 286

590 000 257 415

590 000 245 157

590 000 233 483

3 090 000 1 164 589

590 000 211 776

590 000 201 691

590 000 192 087

590 000 182 940

590 000 174 229

Roční tržba za vyrobenou elektrickou energii NPV přínosů

66 522 855 38 071 798

2 608 739 1 383 470

2 608 739 1 317 591

2 608 739 1 254 848

2 608 739 1 195 094

2 608 739 1 138 184

2 608 739 1 083 985

2 608 739 1 032 367

2 608 739 983 206

2 608 739 936 387

2 608 739 891 797

2 608 739 849 331

2 608 739 808 886

2 608 739 770 368

2 018 739 1 070 581 -4 711 188 -6 655 368

2 018 739 1 019 601 -2 692 449 -5 635 767

2 018 739 971 048 -673 709 -4 664 719

2 018 739 924 808 1 345 030 -3 739 911

2 018 739 880 769 3 363 770 -2 859 142

2 018 739 838 828 5 382 509 -2 020 314

2 018 739 798 884 7 401 249 -1 221 430

-481 261 -181 382 6 919 988 -1 402 812

2 018 739 724 611 8 938 727 -678 201

2 018 739 690 106 10 957 467 11 905

2 018 739 657 244 12 976 206 669 148

2 018 739 625 946 14 994 946 1 295 095

2 018 739 596 139 17 013 685 1 891 234

Celkem

Investiční náklady Oprava jezu - sanace betonů Oprava a doplnění rozražečů vakového jezu (odhad) Zbytková hodnota stavební a technologické části MVE Generální oprava technologie Reinvestice do technologické části MVE Investiční náklady celkem Financování stavby: Vlastní zdroje Dotace Úvěr Celkem Anuitní splátky úvěru včetně úroků Provozní náklady: Spotřeba materiálu a energie Opravy a údržba technologické části Služby Osobní náklady Ostatní náklady Provozní náklady celkem

IN

28 350 000

30% 0% 70%

7 005 000 0 16 345 000 23 350 000 22 754 170

Odpisy Běžné odpisy (stanoveny dle údajů provozovatele se zaokrouhlením na tis. Kč) Odpisy GO technologie Odpisy z opravy jezu Odpisy reinvestice Odpisy celkem

Cash Cash Cash Cash

- flow - flow diskontované - flow kumulované - flow diskontované kumulované

Sweco Hydroprojekt a.s.

69 (75)

VÝSLEDKY DYNAMICKÉ FINANČNÍ ANALÝZY: Čistá současná hodnota NPV: Vnitřní míra výnosnosti IRR: Poměr celkových přínosů a nákladů za hodnocené období B/C:

1 801 175 6,18%

prostý

1,344

diskontovaný doby návratnosti: doba návratnosti prostá: doba návratnosti dynamická:

1,052 15,33 let 21,98 let

Čistá současná hodnota NPV je kladná, vnitřní výnosová míra je o něco vyšší než použitý diskontní faktor (použit faktor 5%), statická doba návratnosti je 15,99 let, dynamická doba návratnosti je 23,75 let, obě jsou nižší než doba hodnocení investice (25 let). Projekt této MVE není sice vysoce výnosný, ale je dlouhodobě udržitelný. Výnosnost by se zvýšila, pokud by oprava jezu, který je v majetku Povodí, byla hrazena z provozních prostředků správce toku.

70 (75)

PŘÍLOHA 4 - PŘÍKLAD S ANALÝZOU CITLIVOSTI

PODROBNÉHO

BUSSINES

PLANU

Uvedený příklad hodnotí projekt kaskády 2 derivačních MVE ve střední Asii. Náklady jsou v EUR, do hodnocení jsou promítnuty místní ceny a legislativa.

BASIC PARAMETERS No. Parameter Loan Conditions 1 Debt Ratio 2 Interest Rate on Loan 3 LIBOR 5 Loan duration (years) Energy Revenues 7 Energy Selling Price (EUR/kWh) 8 Energy Price Indexation in following years Costs 9 Construction Period (month) 10 Interests during construction 12 Operating Costs (percentage of Net Investment Costs) 13 Annual Cost Increases for Operating Costs 15 Inflation Rate 16 Income Tax on Profit 17 Asset Tax - % of annual net book value of fixed assets Actualization Parameters 18 Discount Rate of Equity 19 Discount Rate at WACC of 20 Calculated SHPP life span (years)

Value 70% 6,00% 1,92% 10 0,05 7,0% 18 6,00% 1,5% 6,0% 8,0% 10,0% 0,6% 15,0% 8,3% 30

Přiložený výpočet obsahuje mezinárodně používané pojmy a parametry, všeobecně známé i v české ekonomické literatuře. Stručný výklad pojmů je uveden, kromě již dříve definovaných parametrů NPV a IRR, v následujícím přehledu. angličtina

čeština

Total Revenues

Příjmy celkem

Total Expenses

Výdaje celkem

EBITDA - Earnings before Interests, Taxes, Depreciation and Amortization

Zisk před započtením úroků, daní, odpisů a amortizace

EBIT - Earnings before Interests and Taxes

Zisk před zdaněním a úroky

EBT - Earnings before Taxes

Zisk před zdaněním

Asset Tax

Daň z majetku

Income Tax

Daň z příjmu

DSCR – Debt Service Coverage Ratio

Krytí dluhové služby – poměr hotovosti k dispozici pro dluhovou službu na úrok, jistinu a splátky

71 (75)

WACC – Weighted Average Cost of Capital

Průměrné náklady kapitálu Výpočet:

      PBP – Payback Period

kde: rd jsou náklady na cizí kapitál (úrok) t je sazba daně z příjmů právnických osob D (Debet) je cizí kapitál (dluhy) C je celkový dlouhodobě investovaný kapitál re jsou náklady na vlastní (akciový) kapitál (očekávaná výnosnost vlastního kapitálu) E (Equity) je vlastní kapitál

Doba návratnosti

72 (75)

Estimated energy production in average year

Measure unit

Years

Total

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

The volum e of production by products A. Total production

KW/H

Production of SHPP 1

KW/H

-

-

894 812 224

Production of SHPP 2

30 591 476

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

28 152 732

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

2 438 745

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

Production of SHPP 3 Production of SHPP 4

B. Price per unit

EUR/KWh

C. Value of production

EUR

0,050

307 491 649

D. Total ( EUR)

-

-

-

0,054

0,057

0,061

0,066

0,070

0,075

0,080

0,086

0,092

0,098

1 529 574

3 502 853

3 748 053

4 010 417

4 291 146

4 591 526

4 912 933

5 256 838

5 624 817

6 018 554

6 439 853

1 529 574

3 502 853

3 748 053

4 010 417

4 291 146

4 591 526

4 912 933

5 256 838

5 624 817

6 018 554

6 439 853

0,105

6 890 643

0,113

7 372 988

0,120

7 889 097

0,129

8 441 333

0,138

9 032 227

0,148

0,158

0,169

0,181

0,193

9 664 483

10 340 996

11 064 866

11 839 407

12 668 165

6 890 643 7 372 988 7 889 097 8 441 333 9 032 227 9 664 483

10 340 996

11 064 866

11 839 407

12 668 165

TABLE OF SALES AND INCOME Forecasted sales

Measure unit

Years

Total

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

A. The volume of sales by product

KW/H

-

Production of SHPP 1

KW/H

-

Production of SHPP 2

KW/H

Production of SHPP 3

KW/H

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Production of SHPP 4

KW/H

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

B. Price per unit

-

30 591 476

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

65 473 893

28 152 732

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

29 884 810

2 438 745

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

35 589 083

0

Outgages*

0,050

2%

C. Value of sales (AxB)

2% -

D.Total ( EUR)

301 341 816

0,054

0,057

2%

0,061

2%

0,066

2%

0,070

2%

0,075

2%

0,080

2%

0,086

2%

0,092

2%

0,098

2%

0,105

2%

1 498 982

3 432 796

3 673 092

3 930 208

4 205 323

4 499 696

4 814 674

5 151 701

5 512 321

5 898 183

6 311 056

1 498 982

3 432 796

3 673 092

3 930 208

4 205 323

4 499 696

4 814 674

5 151 701

5 512 321

5 898 183

6 311 056

6

7

8

9

10

0,113

2% 6 752 830

0,120

2% 7 225 528

0,129

2% 7 731 315

0,138

2% 8 272 507

0,148

2% 8 851 582

0,158

2%

0,169

2%

0,181

2%

0,193

2%

2%

9 471 193

10 134 176

10 843 569

11 602 619

12 414 802

6 752 830 7 225 528 7 731 315 8 272 507 8 851 582 9 471 193

10 134 176

10 843 569

11 602 619

12 414 802

17

18

19

20

* For the economic evaluation 2% of the theoretical energy has been taken off in order to take into account outages due to grid failure and unplanned maintenance. It corresponds to 7 days per year.

CDM revenues Values in EUR Net Energy Sales CDM revenues (10 years starting from Yr1) Total Revenues Operating Costs Land Lease Insurance Fee for use of water in HEC Regulator Fee Total Expenses EBITDA Depreciation EBIT Interest Income Interest expense Other expenses (Fin. Costs) EBT Loss Carryforward Taxable Income Annual net book value of fixed assets Asset Tax Income Tax Net Income (EAT) Cash Flow for Debt Service Debt Service Debt Service Coverage Ratio (DSCR)

Year

Construction Period -3 -2

301 341 816 301 341 816

Operation Period 1

-1

14

15

16

4 814 674 4 814 674

5 151 701 5 151 701

5 512 321 5 512 321

5 898 183 5 898 183

6 311 056

6 752 830

7 225 528

7 731 315

8 272 507

8 851 582

9 471 193

10 134 176

10 843 569

11 602 619

12 414 802

6 311 056

6 752 830

7 225 528

7 731 315

8 272 507

8 851 582

9 471 193

10 134 176

10 843 569

11 602 619

12 414 802

322 665 5 000 45 000 372 665

342 025 5 300 45 000 392 325

362 546 5 618 45 000 413 164

384 299 5 955 45 000 435 254

407 357 6 312 45 000 458 669

431 798 6 691 45 000 483 490

457 706 7 093 45 000 509 799

485 168 7 518 45 000 537 687

514 278 7 969 45 000 567 248

545 135 8 447 45 000 598 583

577 843 8 954 45 000 631 798

612 514 9 491 45 000 667 006

649 265 10 061 45 000 704 326

688 221 10 665 45 000 743 886

729 514 11 305 45 000 785 819

773 285 11 983 45 000 830 268

819 682 12 702 45 000 877 384

868 863 13 464 45 000 927 327

920 994 14 272 45 000 980 266

976 254 15 128 45 000 1 036 382

3 060 131

3 280 767

3 517 044

3 770 069

4 041 026

4 331 185

4 641 903

4 974 634

5 330 935

5 712 473

6 121 032

6 558 522

7 026 989

7 528 621

8 065 764

8 640 925

9 256 793

9 916 242

10 622 352

11 378 420

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

912 777

521 288

521 288

521 288

521 288

521 288

2 147 354

2 367 990

2 604 267

2 857 292

3 128 249

3 418 408

3 729 125

4 061 857

4 418 158

4 799 696

5 208 255

5 645 745

6 114 212

6 615 844

7 152 986

8 119 637

8 735 505

9 394 954

10 101 064

10 857 131

1 119 654

1 034 708

944 666

849 221

748 049

640 806

527 130

406 632

278 905

143 514

1 027 700 1 027 700 9 159 389 54 956 102 770 869 973

1 333 282 1 333 282 8 246 612 49 480 133 328 1 150 474

1 659 601 1 659 601 7 333 834 44 003 165 960 1 449 638

2 008 071 2 008 071 6 421 057 38 526 200 807 1 768 738

2 380 200 2 380 200 5 508 280 33 050 238 020 2 109 131

2 777 601 2 777 601 4 595 503 27 573 277 760 2 472 268

3 201 996 3 201 996 3 682 726 22 096 320 200 2 859 700

3 655 224 3 655 224 2 769 949 16 620 365 522 3 273 082

4 139 253 4 139 253 1 857 172 11 143 413 925 3 714 184

4 656 182 4 656 182 944 395 5 666 465 618 4 184 897

5 208 255 5 208 255 31 618 190 520 825 4 687 240

5 645 745 5 645 745 -881 159 -5 287 564 574 5 086 457

6 114 212 6 114 212 -1 793 937 -10 764 611 421 5 513 554

6 615 844 6 615 844 -2 706 714 -16 240 661 584 5 970 500

7 152 986 7 152 986 -3 619 491 -21 717 715 299 6 459 405

8 119 637 8 119 637 -4 140 779 -24 845 811 964 7 332 518

8 735 505 8 735 505 -4 662 067 -27 972 873 550 7 889 926

9 394 954 9 394 954 -5 183 355 -31 100 939 495 8 486 559

10 101 064 10 101 064 -5 704 643 -34 228 1 010 106 9 125 186

10 857 131 10 857 131 -6 225 931 -37 356 1 085 713 9 808 774

2 902 405 2 535 419 114,5%

3 097 959 2 535 419 122,2%

3 307 081 2 535 419 130,4%

3 530 735 2 535 419 139,3%

3 769 956 2 535 419 148,7%

4 025 852 2 535 419 158,8%

4 299 607 2 535 419 169,6%

4 592 492 2 535 419 181,1%

4 905 867 2 535 419 193,5%

5 241 188 2 535 419 206,7%

5 600 017 -

5 999 235 -

6 426 331 -

6 883 277

7 372 182

7 853 806

8 411 215

9 007 847

9 646 474

10 330 062

366 986 128,9%

562 540 144,4%

771 662 160,9%

995 316 178,5%

1 234 537 197,4%

1 267 710 208,8%

1 267 710 219,6%

1 267 710 231,1%

1 267 710 243,5%

206,7%

17 245 140

15 744 430

14 153 676

12 467 478

10 680 108

8 785 495

6 777 206

4 648 419

2 391 905

0

5 000

275 689 354

-5 000

-5 000

1 285 690

21 510 978 1 285 690

-5 000

-5 000

-5 000

-5 000

-5 000

-5 000

1 285 690 1 285 690 10 072 166 60 433 128 569 1 096 688

-5 000

-5 000

1 096 688

Debt Outstanding (End of Period) (4 779 677) (5 545 043)

(1 365 800) (6 910 843)

366 986 562 540 771 662 995 316 1 234 537 1 490 432 (6 543 857) (5 981 317) (5 209 655) (4 214 339) (2 979 802) (1 489 369)

1 764 188 274 818

2 057 072 2 331 891

2 370 448 4 702 338

2 705 769 7 408 108

5 600 017 5 999 235 6 426 331 6 883 277 7 372 182 7 853 806 13 008 124 19 007 359 25 433 690 32 316 967 39 689 149 47 542 955

8 411 215 55 954 170

9 007 847 64 962 016

9 646 474 74 608 490

10 330 062 84 938 552

Project Cash Flow (100% Equity Financed) Cumulative Project Cash Flow

(2 474 193) (15 284 148) (2 474 193) (17 758 341)

(5 719 484) (23 477 825)

2 902 405 3 097 959 3 307 081 3 530 735 3 769 956 4 025 852 (20 575 420) (17 477 460) (14 170 379) (10 639 644) (6 869 688) (2 843 836)

4 299 607 1 455 770

4 592 492 6 048 262

4 905 867 10 954 129

5 241 188 16 195 317

5 600 017 5 999 235 6 426 331 6 883 277 7 372 182 7 853 806 21 795 334 27 794 568 34 220 899 41 104 176 48 476 358 56 330 164

8 411 215 64 741 379

9 007 847 73 749 226

9 646 474 83 395 699

10 330 062 93 725 762

Project Cash Flow Total Cumulative Project Cash Flow

(2 539 552) (15 920 590) (2 539 552) (18 460 142)

(7 111 606) (25 571 748)

366 986 562 540 771 662 995 316 1 234 537 1 490 432 1 764 188 2 057 072 2 370 448 2 705 769 (25 204 762) (24 642 222) (23 870 560) (22 875 244) (21 640 707) (20 150 274) (18 386 087) (16 329 014) (13 958 567) (11 252 798)

5 600 017 (5 652 781)

8 411 215 37 293 264

9 007 847 46 301 111

9 646 474 55 947 585

10 330 062 66 277 647

Sweco Hydroprojekt a.s.

(765 365) (765 365)

13

4 499 696 4 499 696

Debt Service Reserve Account Debt Service Coverage Ratio incl. DSRA (DSCR+)

Free Cash Flow to Investor Cumulative Cash Flow to Investor

12

4 205 323 4 205 323

5 000

251 205 936 25 354 191

11

3 930 208 3 930 208

183 169 5000 25 123 213 293

(322 720) 24 801 138

5

3 673 092 3 673 092

5000

-5 000

4

3 432 796 3 432 796

5000

-5 000

3

1 498 982 1 498 982

23 944 131 378 199 1 330 132 25 652 462

6 693 286 248 006 377 248 006 377

2

5 999 235 346 454

6 426 331 6 883 277 7 372 182 7 853 806 6 772 785 13 656 062 21 028 244 28 882 050

73 (75)

Investor's IRR Min. DSCR Payback Period (in years after Start of Operation)

22,6% 114,5% 6,84

Project IRR (100% Equity Financed) Payback Period (in years after Start of Operation)

16,9% 6,66

Project NPV

Project IRR (Total) Payback Period (in years after Start of Operation)

12,1% 11,94

Total Project NPV

Values in EUR Development Development capital expenditure Interest during construction Total Funding Equity funding Debt funding Total

Year

-3

(24 564 512) (2 093 924) (26 658 436)

Investor's NPV at rate of equity of

at WACC of

(2 469 193) (15 279 148) (65 358) (636 443) (2 534 552) (15 915 590)

7 997 531 18 660 905 26 658 436

760 365 1 774 186 2 534 552

4 774 677 11 140 913 15 915 590

-1

7 325 553

EUR

33 080 776

EUR

18 147 770

8,3%

at WACC of

-2

EUR 15,0%

8,3%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

(1 034 708) (1 500 711) (2 535 419)

(944 666) (1 590 753) (2 535 419)

(849 221) (1 686 199) (2 535 419)

(748 049) (1 787 370) (2 535 419)

(640 806) (1 894 613) (2 535 419)

(527 130) (2 008 289) (2 535 419)

(406 632) (2 128 787) (2 535 419)

(278 905) (2 256 514) (2 535 419)

(143 514) (2 391 905) (2 535 419)

(6 816 171) (1 392 123) (8 208 294)

2 462 488 5 745 806 8 208 294

Debt service Interest Principal repayment Total

(1 119 654) (1 415 765) (2 535 419)

Debt calculations Debt Account Balance B/f Drawdowns Repayments Balance C/f Interest Rate Amount payable

1 774 186 1 774 186

1 774 186 11 140 913 12 915 099

12 915 099 5 745 806 18 660 905

6 693 286

Payment remaining Calculation of principal repayment Annuity Less interest Principal repayment

18 660 905 17 245 140 15 744 430 14 153 676 12 467 478 10 680 108 8 785 495 6 777 206 4 648 419 2 391 905 (1 415 765) (1 500 711) (1 590 753) (1 686 199) (1 787 370) (1 894 613) (2 008 289) (2 128 787) (2 256 514) (2 391 905) 17 245 140 15 744 430 14 153 676 12 467 478 10 680 108 8 785 495 6 777 206 4 648 419 2 391 905 0

6,00% 1 119 654

6,00% 1 034 708

6,00% 944 666

6,00% 849 221

6,00% 748 049

6,00% 640 806

6,00% 527 130

6,00% 406 632

6,00% 278 905

6,00% 143 514

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

2 535 419 (1 119 654) 1 415 765

2 535 419 (1 034 708) 1 500 711

2 535 419 (944 666) 1 590 753

2 535 419 (849 221) 1 686 199

2 535 419 (748 049) 1 787 370

2 535 419 (640 806) 1 894 613

2 535 419 (527 130) 2 008 289

2 535 419 (406 632) 2 128 787

2 535 419 (278 905) 2 256 514

2 535 419 (143 514) 2 391 905

INTERESTS DURING CONSTRUCTION Year 2015

2015 Total 2016

2016 Total 2017

2017 Total Grand Total

Sweco Hydroprojekt a.s.

Trimester Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4

Costs 298 263 383 559 226 115 1 561 257 2 469 193 2 182 141 3 411 941 3 903 278 5 781 788 15 279 148 3 125 154 2 152 179 1 318 839 220 000 6 816 171 24 564 512

Total costs Trimester Interests 298 263 4 474 681 821 10 227 907 936 13 619 2 469 193 37 038 2 469 193 65 358 4 651 334 69 770 8 063 276 120 949 11 966 553 179 498 17 748 341 266 225 17 748 341 636 443 20 873 495 313 102 23 025 673 345 385 24 344 512 365 168 24 564 512 368 468 24 564 512 1 392 123 24 564 512 2 093 924

74 (75)

Příklad analýzy citlivosti

Project

Investor's

Initial investment NPV IRR Min DSCR Payback period NPV IRR Payback period

Project

Investor's

Energy tariffs NPV IRR Min DSCR Payback period NPV IRR Payback period

80% 85% 90% 95% 100% 105% 110% 2 552 679 1 983 794 1 414 910 846 025 277 140 -291 745 -860 630 28,88% 26,99% 25,33% 23,88% 22,58% 21,42% 20,38% 144% 136% 128% 121% 114% 109% 104% 4,24 4,83 5,46 6,14 6,84 7,57 8,33 23 712 767 22 587 740 21 462 713 20 337 686 19 212 659 18 087 632 16 962 605 19,88% 19,02% 18,25% 17,54% 16,89% 16,30% 15,74% 5,43 5,75 6,06 6,36 6,66 6,96 7,25

0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065 0,070 0,075 -2 095 701 -909 281 277 140 1 463 560 2 649 980 3 836 401 5 022 821 6 209 242 17,7% 20,1% 22,6% 25,1% 27,7% 30,4% 33,1% 35,8% 90% 102% 114% 127% 139% 151% 163% 175% 10,32 8,53 6,84 5,56 4,59 3,86 3,28 2,83 10 765 782 14 989 221 19 212 659 23 436 097 27 659 536 31 882 974 36 106 412 40 329 851 14,3% 15,6% 16,9% 18,1% 19,3% 20,5% 21,7% 22,8% 8,15 7,33 6,66 6,10 5,62 5,21 4,86 4,54

2,92% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% 10,00% 11,00% 1 331 631 631 223 277 140 -88 332 -465 269 -1 253 781 -1 665 454 25,0% 23,4% 22,6% 21,8% 21,1% 19,7% 19,0% 136% 121% 114% 109% 103% 93% 89% 5,36 6,31 6,84 7,42 8,08 9,54 10,14 31 583 286 22 678 427 19 212 659 16 177 494 13 514 051 9 109 260 7 288 651 16,81% 16,87% 16,89% 16,92% 16,96% 17,02% 17,06% 6,73 6,69 6,66 6,64 6,61 6,55 6,53

Electricity Production NPV IRR Min DSCR Payback period NPV IRR Payback period

70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% -3 282 122 -2 688 911 -2 095 701 -1 502 491 -909 281 -316 071 277 140 15,3% 16,5% 17,7% 18,9% 20,1% 21,3% 22,6% 78% 84% 90% 96% 102% 108% 114% 11,50 10,88 10,32 9,57 8,53 7,62 6,84 6 542 344 8 654 063 10 765 782 12 877 501 14 989 221 17 100 940 19 212 659 12,83% 13,55% 14,26% 14,94% 15,61% 16,26% 16,89% 9,16 8,62 8,15 7,72 7,33 6,99 6,66

Electricity Production NPV IRR Min DSCR Payback period NPV IRR Payback period

105% 110% 115% 120% 125% 130% 870 350 1 463 560 2 056 770 2 649 980 3 243 191 3 836 401 23,8% 25,1% 26,4% 27,7% 29,0% 30,4% 121% 127% 133% 139% 145% 151% 6,16 5,56 5,05 4,59 4,20 3,86 21 324 378 23 436 097 25 547 816 27 659 536 29 771 255 31 882 974 17,52% 18,14% 18,74% 19,34% 19,93% 20,51% 6,37 6,10 5,86 5,62 5,41 5,21

Project

Investor's

Project

Investor's

Project

Investor's

Interest rate NPV IRR Min DSCR Payback period NPV IRR Payback period

Discount Rate of Equity Equity funding Investor's NPV Total Project funding Project NPV (100% equity financed) at WACC of Project NPV/Total Project funding

14% 16% 18% 20% 7 997 531 35 991 040 23 087 840 14 782 696 9 328 696 5 679 365 3 195 463 1 478 925 450,0% 288,7% 184,8% 116,6% 71,0% 40,0% 18,5% 26 658 436 55 093 216 47 702 110 41 257 978 35 627 228 30 696 596 26 369 870 22 565 166 6,2% 6,8% 7,4% 8,0% 8,6% 9,2% 9,8% 206,7% 178,9% 154,8% 133,6% 115,1% 98,9% 84,6%

Repayment of the loan (years) NPV IRR Min DSCR Payback period NPV IRR Payback period

13 10 8 898 633 277 140 -253 800 24,0% 22,6% 21,5% 137,7% 114% 96,6% 5,42 6,84 8,31 19 278 337 19 212 659 19 163 306 16,9% 16,89% 16,9% 6,65 6,66 6,68

Project

Investor's

Investor's NPV/Equity

115% 120% -1 429 515 -1 998 400 19,43% 18,57% 99% 95% 9,11 9,89 15 837 578 14 712 551 15,23% 14,75% 7,54 7,83

8%

Investor's NPV at rate of equity of Project NPV (100% Equity Financed) at WACC of

10%

12%

22% 277 140 3,5% 19 212 659 10,4% 72,1%

22,0% 10,4%

75 (75)